表面・界面系における巨大ラシュバ効果の発現機構に関する第一原理的研究

• 研究課題/領域番号: 18J21257
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: ナノ構造物理
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 山口 直也 金沢大学, ナノマテリアル研究所, 特任助教 (70868116)
• 研究期間 (年度): 2018-04-25 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円); 2019年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 2018年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
• キーワード: ラシュバ効果 / 界面 / 電場 / 局在長 / Wannier中心 / スピンテクスチャ / 第一原理電子状態計算 / スピン流-電流変換 / 電気分極

研究実績の概要

今年度はラシュバ係数の説明変数としてラシュババンドに対する局在長及びWannier中心が利用できるか調べるための網羅的な計算を行うために、本研究で利用している第一原理電子状態計算コードOpenMXにジョブ管理ソフトであるOACISを接続するインターフェースの開発を行った。また、電場下でのラシュババンドの振る舞いに関して、特に電場制御性の観点から多面的に調べるために、前年度に開発した電場印加の計算コードを発展させ、電場下での原子に働く力の計算コードをOpenMXに追加したことで電子誘電率、静的誘電率、有効電荷などの誘電特性の評価が可能となり、それらとの関係について調べることが可能になった。高並列での応用計算ではメモリ不足の問題が生じたため、メモリ使用を効率化するようにコードを改良し十分応用計算が可能な水準に達した。ラシュババンドの解析を精細に行うには、エネルギー固有値を様々な波数（k点）に対して計算する必要があるが、前述の電場印加の方法で直接取り扱うとk点数が過大になる問題があるため、少数のk点を考慮した電場印加計算から得られた電子密度から任意のk点でのエネルギー固有値を見積もる方法を開発し、その有効性を検証した。本研究から得られた成果を近日中に論文として物理系学術雑誌に投稿する予定である。
また、前年度から引き続いて参画している2件の実験グループとの共同研究において、Bi2O3/銅界面における光誘起スピン流-電流変換（成果はPhysical Review Lettersに掲載）、フタロシアニン/銅界面におけるスピン流-電流変換（成果はNano Lettersに掲載）に関して、第一原理計算による電子状態の解析を行い理論的に裏付けた。
前年度において効率化されたスピンテクスチャ計算プログラムはOpenMX 3.9版に収録されて公開され、線欠陥のある遷移金属ダイカルコゲナイド単層での永久スピン螺旋に関する共同研究に活用され、その成果はPhysical Review Bに掲載された。

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Spin splitting with persistent spin textures induced by the line defect in the 1T phase of monolayer transition metal dichalcogenides (2020)
  • 著者名/発表者名: Absor Moh. Adhib Ulil、Santoso Iman、Yamaguchi Naoya、Ishii Fumiyuki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 101 号: 15 ページ: 155410-155410
  • DOI: 10.1103/physrevb.101.155410
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Photoinduced Rashba Spin-to-Charge Conversion via an Interfacial Unoccupied State (2019)
  • 著者名/発表者名: Puebla Jorge、Auvray Florent、Yamaguchi Naoya、Xu Mingran、Bisri Satria Zulkarnaen、Iwasa Yoshihiro、Ishii Fumiyuki、Otani Yoshichika
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 122 号: 25 ページ: 256401-256401
  • DOI: 10.1103/physrevlett.122.256401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Realization of Spin-dependent Functionality by Covering a Metal Surface with a Single Layer of Molecules (2019)
  • 著者名/発表者名: H. IsshikH. Isshiki , K. Kondou, S. Takizawa, K. Shimose, T. Kawabe, E. Minamitani, N. Yamaguchi, F. Ishii, A. Shiotari, Y. Sugimoto, S. Miwa, and Y. Otani
  • 雑誌名: NANO LETTERS 巻: 10 号: 10 ページ: 7119-7123
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b02619
  • NAID: 130008153989
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electric-field-induced Z 2 topological phase transition in strained single bilayer Bi(111) (2019)
  • 著者名/発表者名: Sawahata Hikaru、Yamaguchi Naoya、Ishii Fumiyuki
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 12 号: 7 ページ: 075009-075009
  • DOI: 10.7567/1882-0786/ab25d3
  • NAID: 210000156449
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electric Field Dependence of Topological Edge States in One-Bilayer Bi(111): A First-Principles Study (2018)
  • 著者名/発表者名: Sawahata Hikaru、Yamaguchi Naoya、Kotaka Hiroki、Ishii Fumiyuki
  • 雑誌名: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology 巻: 16 号: 0 ページ: 427-430
  • DOI: 10.1380/ejssnt.2018.427
  • NAID: 130007521263
  • ISSN: 1348-0391
  • 年月日: 2018-11-24
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] First-principles Study of Rashba Spin Splitting at Strained SrTiO₃(001) Surfaces (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi Naoya、Ishii Fumiyuki
  • 雑誌名: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology 巻: 16 号: 0 ページ: 360-363
  • DOI: 10.1380/ejssnt.2018.360
  • NAID: 130007430809
  • ISSN: 1348-0391
  • 年月日: 2018-08-04
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 電場印加下にある誘電体・半導体バルクにおけるバンド分散の第一原理的解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山口直也、石井史之
  • 学会等名: 日本物理学会第75回年次大会
• [学会発表] First-principles Study of Spin Splitting in Ferroelectric Oxides and Bismuth Surface Alloys (2020)
  • 著者名/発表者名: N. Yamaguchi、F. Ishii
  • 学会等名: New Perspective in Spin Conversion Science (NPSCS2020)
  • 国際学会
• [学会発表] Computational high throughput screening of two-dimensional magnetic thermoelectric materials (2020)
  • 著者名/発表者名: Hikaru Sawahata、Naoya Yamaguchi、Susumu Minami、Fumiyuki Ishii
  • 学会等名: New Perspective in Spin Conversion Science (NPSCS2020)
  • 国際学会
• [学会発表] First-principles Calculation of Spin Properties in Two-dimensional Systems Under In-plane Electric Fields (2019)
  • 著者名/発表者名: Naoya Yamaguchi、Fumiyuki Ishii
  • 学会等名: Materials Research Meeting 2019 (MRM2019)
  • 国際学会
• [学会発表] First-principles study of the Chern insulator induced by spin chirality (2019)
  • 著者名/発表者名: Hikaru Sawahata、Naoya Yamaguchi、Susumu Minami、Fumiyuki Ishii
  • 学会等名: Materials Research Meeting 2019 (MRM2019)
  • 国際学会
• [学会発表] First-principles Fully Relativistic Calculations of Insulators Under Finite Electric Fields by Using the LCAO Method (2019)
  • 著者名/発表者名: Naoya Yamaguchi、Fumiyuki Ishii
  • 学会等名: The 22nd Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations (ASIAN-22)
  • 国際学会
• [学会発表] First-principles study of the Chern insulator induced by spin chirality (2019)
  • 著者名/発表者名: Hikaru Sawahata、Naoya Yamaguchi、Susumu Minami、Fumiyuki Ishii
  • 学会等名: The 22nd Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations (ASIAN-22)
  • 国際学会
• [学会発表] First-Principles Study of the Surface Alloys M/Ag (111)-√3×√3 R 30° (2019)
  • 著者名/発表者名: Monika Nur、Naoya Yamaguchi、Fumiyuki Ishii
  • 学会等名: The 22nd Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations (ASIAN-22)
  • 国際学会
• [学会発表] スピンカイラリティによって誘起される巨大Chern数の第一原理的研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 澤端日華瑠、山口直也、見波将、石井史之
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] First-principles Calculation of the Formation of Surface Alloys on Ag(111)-√3×√3 R30° Surface (2019)
  • 著者名/発表者名: Monika Nur、Naoya Yamaguchi、Fumiyuki Ishii
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] Structural Study of Surface Alloys on Ag(111) Surface Through Density Functional Theory (2019)
  • 著者名/発表者名: Monika Nur, Naoya Yamaguchi, Fumiyuki Ishii
  • 学会等名: International Symposium on Computational Science 2019
  • 国際学会
• [学会発表] First-principles study of oxide skyrmion crystal Chern insulator (2019)
  • 著者名/発表者名: Fumiyuki Ishii, Yo Pierre Mizuta, Hikaru Sawahata, Naoya Yamaguchi
  • 学会等名: APS March Meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 電場印加下におけるバルクの第一原理計算と磁性系への応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山口直也、石井史之
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] スピン分解アンフォールディング法による表面ラシュバ状態の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山口直也、Chi-Cheng Lee、尾崎泰助、石井史之
  • 学会等名: 物性研究所スパコン共同利用・CCMS合同研究会「計算物質科学の今と未来」
• [学会発表] Z2不変量の第一原理計算コードの開発と2原子層Bi(111)への応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 澤端日華瑠、山口直也、石井史之
  • 学会等名: 物性研究所スパコン共同利用・CCMS合同研究会「計算物質科学の今と未来」
• [学会発表] First-principles Study on Effects of Surface Coverage on Spin Spltting in Bi/Ag Surface Alloys (2018)
  • 著者名/発表者名: Naoya Yamaguchi, Chi-Cheng Lee, Taisuke Ozaki, Fumiyuki Ishii
  • 学会等名: The International Summer workShop 2018 on First-Principles Electronic Structure Calculations (ISS2018)
  • 国際学会
• [学会発表] スピン流-電流変換制御に向けた界面スピン分裂の第一原理計算 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山口直也、石井史之
  • 学会等名: H30年度ポスト「京」重点課題（7）第3回CDMSI研究会
• [学会発表] バンドアンフォールディングを用いたBi/Ag表面合金系におけるラシュバ効果の第一原理的解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山口直也、Chi-Cheng Lee、尾崎泰助、石井史之
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] Bi薄膜のトポロジカル絶縁体相における歪みと電界効果の第一原理計算 (2018)
  • 著者名/発表者名: 澤端日華瑠、山口直也、石井史之
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] 酸化物強誘電体/金属界面におけるラシュバ係数の第一原理計算 (2018)
  • 著者名/発表者名: 杉田恵、山口直也、石井史之
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] 電場印加下の誘電体バルクにおけるスピン軌道分裂の第一原理計算 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山口直也、石井史之
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] First-principles study of electric-field induced Z2 topological phase transition in strained one-bilayer Bi(111) (2018)
  • 著者名/発表者名: Hikaru Sawahata, Naoya Yamaguchi, Fumiyuki Ishii
  • 学会等名: The 21st Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations
  • 国際学会
• [学会発表] First-principles Wannier Function Based Analysis of Rashba States in Ferroelectric Oxides and Bismuth Surface Alloys (2018)
  • 著者名/発表者名: Naoya Yamaguchi, Fumiyuki Ishii
  • 学会等名: One-Day Symposium on Spintronic Properties of Graphene and Related 2D Materials
  • 国際学会
• [学会発表] 酸化物及びビスマス表面合金におけるワニア関数を用いたスピン分裂の第一原理的解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山口直也、石井史之
  • 学会等名: ポスト「京」重点課題（７） 「次世代の産業を支える新機能デバイス・ 高性能材料の創成(CDMSI）」 第4回シンポジウム
• [備考] 銅に色素を塗るだけでスピン変換機能を発現
  • URL: https://www.kanazawa-u.ac.jp/rd/71439