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メタマテリアルのための動的電流密度汎関数理論の構築

公募研究

研究領域電磁メタマテリアル
研究課題/領域番号 25109708
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関信州大学

研究代表者

樋口 雅彦  信州大学, 学術研究院理学系, 教授 (10292202)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2014年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2013年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワードメタマテリアル / 動的電流密度汎関数理論 / 内部電磁場 / 自己無撞着 / 交換相関エネルギー汎関数 / 磁場を含んだ相対論的強束縛近似法 / 電流密度 / 電荷密度 / 変分原理
研究実績の概要

26年度に行ったことを以下に列挙する:
(1)昨年度はメタマテリアルのための「動的電流密度汎関数理論」の開発を行った。この理論においては、内部電磁場は平均場近似を用いて電流密度と電荷密度の汎関数として与えられていた。メタマテリアルの電磁波応答を精度良く予言したい場合に、内部電磁場の記述は最も重要なポイントであり、平均場近似を用いない形でそこは記述したい。今年度は、昨年度の「動的電流密度汎関数理論」を改良して、内部電磁場も自己無撞着に決めることのできる理論を提案した。この改良は、密度汎関数理論における外場は内部電磁場も含んだ「与えられた場」として定式化が可能であるという事実が基礎となっている。
(2)上記の新しい「動的電流密度汎関数理論」において開発すべき汎関数は、交換相関エネルギー汎関数のみである。交換相関エネルギーの近似形は、静的電流密度汎関数理論ではすでに開発済みである。この近似形を「動的電流密度汎関数理論」に借用する提案(AVEAの提案)を行った。
(3)上記の新しい「動的電流密度汎関数理論」の静的極限での有効性の確認を行った。具体的には、時間に依存しない電磁場下での固体中電子の状態を計算する手法「磁場を含んだ相対論的強束縛近似法」を開発し、シリコン結晶の電子状態計算に適用した。エネルギー状態密度の磁場依存性に繰り返し模様が見られるなど、磁場下固体の電子状態特有の電子構造が確認された。また磁場下金属の電子状態計算にも適用し、ド・ハース‐ファン・アルフェン効果(帯磁率が磁場に対して振動する現象)を第一原理的な立場から再考察した。いずれの結果も「動的電流密度汎関数理論」の静的極限での有効性を示すものであった。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2015 2014 2013

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (11件) (うち招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Relativistic tight-binding approximation method for materials immersed in a uniform magnetic field: Application to the crystalline silicon2015

    • 著者名/発表者名
      K. Higuchi, D. B. Hamal, and M. Higuchi
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B.

      巻: 91 号: 7

    • DOI

      10.1103/physrevb.91.075122

    • NAID

      120007100288

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A Proposal of the Approximate Kinetic Energy Functional of the Pair Density Functional Theory2014

    • 著者名/発表者名
      K. Higuchi and M. Higuchi
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 印刷中

    • NAID

      120007100257

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Recent Development of the Pair Density Functional Theory2014

    • 著者名/発表者名
      K. Higuchi and M. Higuchi
    • 雑誌名

      Quantum Matter

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Current-Density Functional Theory for a Superconductor2013

    • 著者名/発表者名
      K. Higuchi, K. Koide, T. Imanishi and M. Higuchi
    • 雑誌名

      Int. J. Quantum Chem.

      巻: 113 ページ: 709-714

    • NAID

      130008148040

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Scaling method of the pair density functional theory in combination with energy functionals satisfying the virial theorem: Checking the validity via atomic structure calculations2013

    • 著者名/発表者名
      K. Higuchi and M. Higuchi
    • 雑誌名

      Phys. Rev. A

      巻: 87

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Checking the validity of the correlated Thomas-Fermi functional in the pair density functional theory2013

    • 著者名/発表者名
      K. Higuchi and M. Higuchi
    • 雑誌名

      J. Phys.: Conference Series.

      巻: 454

    • NAID

      120007101178

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Relativistic tight-binding approximation method for materials immersed in the magnetic field2013

    • 著者名/発表者名
      K. Higuchi, D. B. Hamal, K. Yamamoto and M. Higuchi
    • 雑誌名

      Trans. Mater. Res. Soc. Jpn.

      巻: 38 ページ: 663-665

    • NAID

      130005004275

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Dynamical Current-Density Functional Theory for Metamaterials2015

    • 著者名/発表者名
      M. Higuchi and K. Higuchi
    • 学会等名
      Collaborative Conference on Materials Research (CCMR) 2015
    • 発表場所
      Busan, South Korea
    • 年月日
      2015-06-15 – 2015-06-19
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Relativistic tight-binding approximation method for Bloch electrons in the uniform magnetic field and its application to silicon with vacancies2014

    • 著者名/発表者名
      D. B. Hamal, M. Higuchi and K. Higuchi
    • 学会等名
      The 15th IUMRS-International Conference in Asia
    • 発表場所
      Fukuoka University, Fukuoka, Japan
    • 年月日
      2014-08-24 – 2014-08-30
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Electronic structure calculations for materials immersed in a uniform magnetic field via the relativistic tight-binding approximation method2014

    • 著者名/発表者名
      K. Higuchi, D. B. Hamal and M. Higuchi
    • 学会等名
      Conference on Computational Physics (CCP2014)
    • 発表場所
      Boston, USA
    • 年月日
      2014-08-09 – 2014-08-15
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Current-density functional theory for superconductors2014

    • 著者名/発表者名
      K. Higuchi and M. Higuchi
    • 学会等名
      Collaborative Conference on Materials Research (CCMR) 2014
    • 発表場所
      Seoul, South Korea
    • 年月日
      2014-06-23 – 2014-06-27
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Finite-Temperature Pair-Density Functional Theory2014

    • 著者名/発表者名
      M. Higuchi
    • 学会等名
      Collaborative Conference on Materials Research (CCMR) 2014
    • 発表場所
      Seoul, Korea
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Current-Density Functional Theory for the Singlet Superconductor Immersed in the Magnetic Field2013

    • 著者名/発表者名
      K. Higuchi, K. Ichinose and M. Higuchi
    • 学会等名
      Collaborative Conference on Materials Research (CCMR) 2013
    • 発表場所
      Jeju Island, Korea
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Pair Density Functional Theory2013

    • 著者名/発表者名
      M. Higuchi and K. Higuchi
    • 学会等名
      Collaborative Conference on Materials Research (CCMR) 2013
    • 発表場所
      Jeju Island, Korea
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Current-Density Functional Theory for Superconductors Immersed in an External Magnetic Field2013

    • 著者名/発表者名
      K. Ichinose, H. Niwa, T. Imanishi, K. Higuchi and M. Higuchi
    • 学会等名
      The International Conference on Strongly Correlated Electron systems (SCES) 2013
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Current-Density Functional Theory for Singlet Superconductors2013

    • 著者名/発表者名
      K. Higuchi and M. Higuchi
    • 学会等名
      15th International Conference on Density Functional Theory and it's Applications
    • 発表場所
      Durham, United Kingdom
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Pair Density Functional Theory by means of the Scaling Method2013

    • 著者名/発表者名
      M. Higuchi and K. Higuchi
    • 学会等名
      15th International Conference on Density Functional Theory and it's Applications
    • 発表場所
      Durham, United Kingdom
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 金属の微視的な電磁応答理論I2013

    • 著者名/発表者名
      高橋栄也、樋口克彦、樋口雅彦、志水久
    • 学会等名
      日本物理学会 2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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