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 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18K04923
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分29010:応用物性関連
• 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

研究成果の概要

スピン分極密度汎関数理論(SP-DFT)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開発に成功した。自己無撞着計算に成功したことにより、外部磁場を顕わに印加した系の磁性解析を可能にした。応用では、スピントロニクス材料であるFe/MgO界面を有する強磁性ナノ薄膜やCo/Ni基強磁性ナノ多層膜において、実験結果を定性的および定量的に説明する結果を得た。これにより、これまで我々が開発した計算手法が、薄膜磁性を非経験的計算より明らかにする有用な手法であることを示した。

自由記述の分野

計算物質科学

研究成果の学術的意義や社会的意義

磁気双極子相互作用エネルギーをスピン密度から計算することに成功したことにより、表面・界面における原子サイズあるいはナノスケールのスピン密度変化(四重極子成分等)に由来する磁気異方性を高精度に取り込むことができる学術的重要な意義がる。これにより、これまで科学データに基づいて描かれることが少なかった原子サイズの磁力線を描くことが可能となり、それにより、マクロスケールの磁石への理解と同様に、ナノ物質磁性への理解が容易になる社会的意義がある。