超伝導転移温度の第一原理計算：電子状態計算法の刷新と交換効果への展開

• 研究課題/領域番号: 15K20940
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 明石 遼介 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (40734356)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2017年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2016年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2015年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: 計算物理学 / 高温超伝導

研究成果の概要

金属を極低温まで冷却すると抵抗が0になる。この超伝導現象が起こる温度(超伝導転移温度； Tc)を物質構造のみからシミュレートする手法が整備されれば高温超伝導体の探索が効率化される。本計画ではTcを物質構造から計算できる手法の開発を進めた。主要な成果として1)電子の強磁性揺らぎがTcにもたらす影響を取り込める拡張手法を実装した 2)また手法応用により近年発見された硫化水素における高温超伝導の発現機構を解明した。これらをきっかけとしてa)国際共同研究が立ち上がり、b)電子状態の特定の性質を制御する一般理論も確立した。以上は今後の超伝導体の探索およびTc上昇機構の研究に利用可能な成果と考える。

研究成果

• [国際共同研究] The University of Cambridge(United Kingdom)
• [国際共同研究] Skolkovo Inst. Sci. Tech.(ロシア連邦)
• [国際共同研究] The University of Cambridge(United Kingdom)
• [雑誌論文] Weak phonon-mediated pairing in BiS2 superconductor from first principles (2017)
  • 著者名/発表者名: Corentin Morice, Ryosuke Akashi, Takashi Koretsune, Siddharth S. Saxena, and Ryotaro Arita
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 95 号: 18 ページ: 180505-180505
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.180505
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Interference of the Bloch phase in layered materials with stacking shifts (2017)
  • 著者名/発表者名: R. Akashi, Y. Iida, K. Yamamoto, and K. Yoshizawa
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 95 号: 24 ページ: 245401-245401
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.245401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonempirical Calculation of Superconducting Transition Temperatures in Light-Element Superconductors (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryotaro Arita, Takashi Koretsune, Shiro Sakai, Ryosuke Akashi, Yusuke Nomura, Wataru Sano
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 20 号: 25 ページ: 16024211-19
  • DOI: 10.1002/adma.201602421
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Refined phase diagram of the H-S system with high-Tc superconductivity (2017)
  • 著者名/発表者名: I. Kruglov, R. Akashi, S. Yoshikawa, A. R. Oganov, and M. M. D. Esfahani
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 号: 22 ページ: 220101-220101
  • DOI: 10.1103/physrevb.96.220101
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Efficient method for calculating spatially extended electronic states of large systems with a divide-and-conquer approach (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Yamada, F. Shimojo, R. Akashi, and S. Tsuneyuki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 95 号: 4 ページ: 045106-045106
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.045106
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] "Anisotropic superconducting gaps in YNi 2 B 2 C: A first-principles investigation" (2017)
  • 著者名/発表者名: M Kawamura, R Akashi, and S Tsuneyuki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 95 号: 5 ページ: 054506-054506
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.054506
  • 査読あり
• [雑誌論文] "Numerical investigation of triexciton stabilization in diamond with multiple valleys and bands" (2017)
  • 著者名/発表者名: H Katow, J Usukura, R Akashi, K Varga, and S Tsuneyuki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 95 号: 12 ページ: 125205-125205
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.125205
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Strong Bilayer Coupling Induced by the Symmetry Breaking in the Monoclinic Phase of BiS2-Based Superconductors (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Ochi, R. Akashi, and K. Kuroki
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 85 号: 9 ページ: 094705-094705
  • DOI: 10.7566/jpsj.85.094705
  • NAID: 210000134088
  • 査読あり
• [雑誌論文] Possible "Magneli" Phases and Self-Alloying in the Supercoducting Sulfur hydride (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Akashi, W.Sano, R. Arita and S. Tsuneyuki
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 117 号: 7 ページ: 075503-075503
  • DOI: 10.1103/physrevlett.117.075503
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Aromatic hydrocarbon macrocycles for highly efficient organic light-emitting devices with single-layer architectures (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Y. Xue, T. Izumi, A. Yoshii, K. Ikemoto, T. Koretsune, R. Akashi, R. Arita, H. Taka, H. Kita, S. Sato, H. Isobe
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 7 号: 2 ページ: 896-896
  • DOI: 10.1039/c5sc03807c
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of Van Hove singularities on high-Tc superconductivity in H3S (2016)
  • 著者名/発表者名: W. Sano, T. Koretsune, T. Tadano, R. Akashi, and R. Arita
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 93 号: 9 ページ: 094525-094525
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.094525
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] First-principles study of the pressure and crystal-structure dependences of the superconducting transition temperature in compressed sulfur hydrides (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Akashi, M. Kawamura, S. Tsuneyuki, Y. Nomura, and R. Arita
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 91 号: 22 ページ: 224513-224513
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.224513
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-dimensional valley electrons and excitons in noncentrosymmetric 3R-MoS2 (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Akashi, M. Ochi, S. Bordacs, R. Suzuki, Y. Tokura, Y. Iwasa, and R. Arita
  • 雑誌名: Physical Review Applied 巻: 4 号: 1 ページ: 014002-014002
  • DOI: 10.1103/physrevapplied.4.014002
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 第一原理計算による硫化水素における圧力誘起超伝導の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 明石遼介
  • 学会等名: 第二回かけはし研究会「温度変化で発電するモバイル発電器」
  • 招待講演
• [学会発表] "Weak phonon-mediated pairing in BiS2 superconductor from first principles" (2017)
  • 著者名/発表者名: C. Morice, R. Akashi, T. Koretsune, S. S. Saxena, and R. Arita
  • 学会等名: APS March Meeting 2017
  • 発表場所: New Orleans (USA)
  • 年月日: 2017-03-13
  • 国際学会
• [学会発表] Quantifying the Impact of Plasmon and Paramagnon Effects in "Conventional" Superconductors from the First Principles (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryosuke Akashi
  • 学会等名: Interdisciplinary Symposium on Modern Density Functional Theory (iDFT)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Plasmon and paramagnon effects in "conventional" superconductors studied with density functional theory (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryosuke Akashi
  • 学会等名: Electron Correlation in Superconductors and Nanostructures (ECSN-2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] First-principles study of superconductors: recent advances (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryosuke Akashi
  • 学会等名: 20th Asian workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations (ASIAN-20)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Interference of the Bloch phase in stacked periodic structures (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryosuke Akashi
  • 学会等名: 第47回トポロジカル物質科学セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] スピン揺らぎ効果を取り入れた超伝導転移温度の第一原理計算II: 動的揺らぎの考慮およびプラズモン効果との競合 (2017)
  • 著者名/発表者名: 堤建太朗、河村光晶、◯明石遼介、常行真司
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [学会発表] 層状物質における電子状態の積層パターン依存性についての一般論 (2017)
  • 著者名/発表者名: 明石遼介、飯田耀、山本航平、吉澤香奈子
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [学会発表] 超伝導密度汎関数理論の発展:理論および応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 明石遼介
  • 学会等名: NIMS-MANA 理論グループセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] "高圧下硫化水素超伝導体におけるマグネリ相" (2016)
  • 著者名/発表者名: 明石遼介
  • 学会等名: 超伝導研究の最先端：多自由度、非平衡、電子相関、トポロジー
  • 発表場所: 京都大学(京都府京都市)
  • 年月日: 2016-10-10
  • 招待講演
• [学会発表] "高圧下硫化水素超伝導体におけるマグネリ相と低Tc-高Tc相変態" (2016)
  • 著者名/発表者名: 明石遼介，佐野航，有田亮太郎，常行真司
  • 学会等名: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学(石川県金沢市)
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] "General relation between interference of the Bloch phase and stacking geometry in layered materials" (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Akashi
  • 学会等名: ATI2016 Nano Carbon Zao Meeting (Zao 16)
  • 発表場所: たかみや瑠璃倶楽リゾート(山形県蔵王市)
  • 年月日: 2016-07-19
  • 国際学会
• [学会発表] "Emergent Magneli-type crystal phases and their mixture in pressurized sulfur hydride" (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Akashi, W. Sano, R. Arita, and S. Tsuneyuki
  • 学会等名: SUPERSTRIPES2016
  • 発表場所: Ischia (Italy)
  • 年月日: 2016-06-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] "Magneli-type phases as the missing link of the low-Tc--high-Tc superconducting phases in compressed sulfur hydride" (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Akashi, M. Kawamura, W. Sano, Y. Nomura, R. Arita, and S. Tsuneyuki
  • 学会等名: International Workshop: Towards Room Temperature Superconductivity: Hydrides and More
  • 発表場所: Rome (Italy)
  • 年月日: 2016-05-09
  • 国際学会
• [学会発表] 硫化水素超伝導の理論的研究の現状 (2016)
  • 著者名/発表者名: 明石遼介
  • 学会等名: 日本物理学会 2016年年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学 泉キャンパス(宮城県仙台市)
  • 年月日: 2016-03-19
  • 招待講演
• [学会発表] Superconductivity in compressed sulfur hydride: Dependences on pressure, composition, and crystal structure from first principles (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Akashi
  • 学会等名: APS March Meeting 2016
  • 発表場所: Baltimore, USA
  • 年月日: 2016-03-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 硫化水素における高温超伝導：第一原理計算の立場から (2016)
  • 著者名/発表者名: 明石遼介
  • 学会等名: 第13回水素量子アトミクス研究会
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究所(東京都目黒区)
  • 年月日: 2016-02-18
  • 招待講演
• [学会発表] 第一原理計算に基づく高圧下硫化水素における超伝導の研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 明石遼介
  • 学会等名: 田仲研究室セミナー
  • 発表場所: 名古屋大学 東山キャンパス(愛知県名古屋市)
  • 年月日: 2016-01-22
  • 招待講演
• [学会発表] "Possible `Magneli` phases in sulfur hydride under high pressure" (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Akashi
  • 学会等名: The 2nd Extreme Materials Science Workshop
  • 発表場所: 理化学研究所(埼玉県和光市)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] "First-principles study on superconducting sulfur hydride under high pressure" (2016)
  • 著者名/発表者名: 明石遼介
  • 学会等名: TIA"かけはし"ポスター交流会
  • 発表場所: エポカルつくば(茨城県つくば市)
• [学会発表] 圧力下硫化水素における高温超伝導の第一原理計算に基づく研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 明石遼介
  • 学会等名: 物性研短期研究会「低次元電子系におけるエキシトニック相の新展開」
  • 発表場所: 東京大学物性研究所(千葉県柏市)
  • 年月日: 2015-11-26
  • 招待講演
• [学会発表] First-Principles Study of the High-Tc Superconductivity in Compressed Sulfur Hydride (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Akashi, M. Kawamura, S. Tsuneyuki, Y. Nomura and R. Arita
  • 学会等名: 28th International Symposium on Superconductivity（ISS2015)
  • 発表場所: タワーホール船堀(東京都江戸川区)
  • 年月日: 2015-11-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Stacking-based control of electron interlayer hopping: MoS2 and other materials (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Akashi, S. Tsuneyuki and R. Arita
  • 学会等名: Energy, Materials, Nanotechnology (EMN) Bangkok meeting
  • 発表場所: Bangkok, Thailand
  • 年月日: 2015-11-11
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 高圧下硫化水素における高温超伝導の第一原理計算による解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 明石遼介, 河村光晶, 常行真司, 野村悠祐, 有田亮太郎
  • 学会等名: 日本物理学会 2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学(大阪府吹田市)
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Density functional theory for plasmon-assisted superconductivity: Development and its applications (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Akashi
  • 学会等名: Psi-k 2015 conference
  • 発表場所: San Sebastian, Spain
  • 年月日: 2015-09-06
  • 国際学会
• [学会発表] Fully non-empirical study on superconductivity in compressed sulfur hydrides (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Akashi, M. Kawamura, S. Tsuneyuki, Y. Nomura and R. Arita
  • 学会等名: Materials and Mechanisms of Superconductivity (M2S) 2015
  • 発表場所: Geneva, Switzerland
  • 年月日: 2015-08-22
  • 国際学会
• [学会発表] 高圧下硫化水素における高温超伝導の第一原理計算による解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 明石遼介
  • 学会等名: 物性セミナー
  • 発表場所: 東京大学駒場キャンパス (東京都目黒区)
  • 年月日: 2015-07-24
  • 招待講演
• [図書] 固体物理 vol. 51 No. 11 (2016)
  • 著者名/発表者名: 明石遼介，是常隆，有田亮太郎，常行真司
  • 総ページ数: 21
  • 出版者: アグネ技術センター