第一原理電子構造理論と電子多体問題の手法の融合

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14540352
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 藤原 毅夫 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (90011113)
• 研究分担者: 星 健夫 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (80272384) ; 山元 進 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (30262041)
• キーワード: LDA+U法 / GW法 / 動的平均場近似 / 逐次摂動公式 / 金属絶縁体転移 / クローン相互作用 / Ni系層状化合物

研究概要

密度汎関数理論と多体電子論の結合を目的として、以下のことを行なった。
1.[密度汎関数理論の枠内で、電子間クーロン相互作用にもとずく強い電子密度、スピン密度の揺らぎをあからさまに取り入れる方法論の発展と応用]:
強相関電子系の電子構造および金属絶縁体転移近傍での電子物性を第一原理に基づき求めることを目的として、層状化合物La$_{2-x}$Sr$_x$NiO$_4$の電子構造をLDA+U法により調べた。この物質は0<x<1で絶縁体であるが、歪みのない構造ではLDA+U法によりクーロン相互作用の効果を考えても金属状態を示す。また歪みは実験的に見られていない。このことから荷電ゆらぎの本質的役割を指摘し、電子構造計算を実行した。
2.[多電子問題の理論の枠内で、摂動展開を用い動的電子密度揺らぎによる(動的)遮蔽効果を取り入れた方法の発展と応用]:
第1原理電子構造計算と多体電子理論を結び付ける方法の1つとして、GW法のプログラムコードを開発した。k=0近傍でOffset法を導入し、計算負荷を増やさず精度を飛躍的に高めることに成功し、また新しいtb-LMTO法プログラムとの接合部分を改良した。
3.[電荷揺らぎのダイナミックスに注目して発展してきた動的平均場理論と密度汎関数理論を結合し、新しい第一原理電子構造理論を構築する試み]:
多体電子論の立場から電荷の動的揺らぎを取り入れるDMFT(動的平均場近似理論)とLDA(局所電子密度近似)との結合を行ない、新しい逐次摂動公式を導いた。さらに不純物原子における多重項と結び付け、1電子バンド理論と配位子場理論を接合する定式化を行った。

研究成果

• [文献書誌] Atsushi Yamasaki, Takeo Fujiwara: "Electronic Structure of transition metal Fe, Ni and Cu in the GW approximation"Journal of Physical Society of Japan. vol.72,No.3. 607-610 (2003)
• [文献書誌] Takeo Fujiwara, Susumu Yamamoto, Yasushi Ishii: "Generalization of the iterative perturbation theory and metal-insulator transition in multi-orbital Hubbard bands"Journal of Physical Society of Japan. vol.72,No.4. 777-780 (2003)
• [文献書誌] S.Kobayashi, A.Yamasaki, T.Fujiwara: "Electronic structure and dielectric properties of cubic zirconia"Jpn.J.Appl.Phys. vol.42,No.11. 6946-6950 (2003)
• [文献書誌] Takeo Hoshi, Takeo Fujiwara: "Large-scale electronic structure theory and surface formation process in nano-scale fracture of silicon"Journal of Physical Society of Japan. vol.72,No.10. 2429-2432 (2003)
• [文献書誌] M.Geshi, T.Hoshi, T.Fujiwara: "Million-atom molecular dynamics simulation by order-N electronic structure theory and parallel computation"Journal of Physical Society of Japan. vol.72,No.11. 2880-2885 (2003)
• [文献書誌] R.Takayama, T.Hoshi, T.Fujiwara: "Kryrov subspace method for molecular dynamic simulation besed on large-scale electronic structure theory"Journal of Physical Society of Japan. vol.73. (2004)
• [文献書誌] H.Tanaka, T.Fujiwara: ""Electronic structure in aperiodic systems", in "Structure and Properties of Aperiodic Materials", Eds.Y.Kawazoe and Y.Waseda"Springer Verlag. 62 (2003)