スピン密度磁気双極子相互作用を考慮した密度汎関数法の開発と応用

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18K04923
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 小田 竜樹 金沢大学, 数物科学系, 教授 (30272941)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 磁気異方性エネルギー / スピン軌道相互作用 / スピントロニクス / マルチフェロイクス / ノンコリニアスピン密度汎関数理論

研究実績の概要

2019年度に引き続き、ノンコリニアスピン密度汎関数理論(NC-SDFT)の枠組みで磁気双極子相互作用(MDI)エネルギーを、スピン密度ともに自己無撞着に決定する計算手法の開発を行うとともに応用例を増やし、開発手法の有用性を証明する研究を行った。特に本年は研究成果をまとめる作業に重点をおき、界面CrFe/MgOを含むスピントロニクス材料の磁性薄膜への応用例を原著論文として出版した。Ni/Co/Niを含む磁気メモ材料の磁性薄膜に続き、CrFe/MgOにおいても膜全体の磁気異方性を高精度に見積もることに成功したと言える。つまり、MDIを評価し、それと併せて結晶磁気異方性（MCAE）を同時に評価し、これまでの実験結果よく一致する計算結果を得た。本手法が多くの薄膜系の磁気異方性について、実験結果と直接比較できる高精度な計算手法であること証明することに成功した。本研究で開発した計算手法の優れた点は、磁気異方性エネルギーを定量的に評価する際、原子配置や表面界面の存在等を気にする必要なく、NC-SDFT計算が実行できれば実行できることである。この手法は、反強磁性薄膜やフェリ磁性薄膜についてもDMI評価可能な一般的な手法であるため、強磁性以外の磁性体での実験結果との比較に向けて、さらなる応用研究が期待される。MDI評価計算と、ノンコリニアスピン密度の自己無撞着計算が同時に実行できる手法が開発されたことにより、さらに外部磁場印加下での電子状態計算が可能となった。密度汎関数理論に基づく計算手法としてはこれまでに実行されたことがない新しい手法であり、磁性研究の基本である磁場印加下で物性量を直接的に評価できる画期的なものである。

研究成果

• [雑誌論文] Anatomy of large perpendicular magnetic anisotropy in free-standing Co/Ni (1 1 1) multilayer (2020)
  • 著者名/発表者名: Pardede Indra、Yoshikawa Daiki、Kanagawa Tomosato、Ikhsan Nurul、Murata Itsuki、Obata Masao、Oda Tatsuki
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 巻: 500 ページ: 166357～166357
  • DOI: 10.1016/j.jmmm.2019.166357
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Finite electric-field approach to evaluate the vertex correction for the screened Coulomb interaction in the quasiparticle self-consistent GW method (2020)
  • 著者名/発表者名: Sakakibara Hirofumi、Kotani Takao、Obata Masao、Oda Tatsuki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 101 ページ: 205120
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.101.205120
  • 査読あり
• [雑誌論文] Density Functional Approach under External Magnetic Field (2020)
  • 著者名/発表者名: Rio Afrioni Roma、Pardede Indra、Gani Achmad Maulana、Christivana Mega、Obata Masao、Oda Tatsuki
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 ページ: 035002～035002
  • DOI: 10.7566/JPSJ.89.035002
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Electronic structure investigation of spinel NiCo2O4 from quasi-particle self-consistent GW method (2020)
  • 著者名/発表者名: Hasan Al Rasyid, Masao Obata, Indra Pardede, Marleni Wirmas, Takao Kotani, and Tatsuki Oda
  • 雑誌名: The Science Reports of Kanazawa University 巻: 64 ページ: －
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Anatomy of Magnetic Anisotropy and Voltage-Controlled Magnetic Anisotropy in Metal Oxide Heterostructure from First Principles (2020)
  • 著者名/発表者名: Pardede Indra、Yoshikawa Daiki、Kanagawa Tomosato、Ikhsan Nurul、Obata Masao、Oda Tatsuki
  • 雑誌名: Crystals 巻: 10 ページ: 1118
  • DOI: 10.3390/cryst10121118
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著