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本研究課題は非経験的第一原理計算に基づく超伝導計算手法の開発、およびそれを用いた従来型・非従来型超伝導の発現機構解明を目的としている。
2019年度は、研究実施計画にある超伝導密度汎関数理論(SCDFT)へのスピン軌道相互作用の導入と奇パリティ超伝導計算の実装を行い、トポロジカル超伝導体の候補物質であるSn1-xInxTeおよびCuxBi2Se3の超伝導発現機構の計算を行った。特に、Sn1-xInxTeにおいては、奇パリティ超伝導が予想される低ドープ領域においてもその不安定性は非常に小さく、転移温度のドープ依存性もスピン軌道相互作用によって増強されたs波超伝導状態でコンシステントに説明できることを示した。また、CuxBi2Se3においては、その転移温度のドープ依存性がSCDFTでは再現できないことを示した。これはCuxBi2Se3の超伝導がBi2Se3の電子状態に直接由来するものではない、もしくは電子格子相互作用でない非従来型の機構で起きていることを示唆している。
2020年度は、近年考案された中間表現(IR)基底+スパースサンプリングの手法を、第一原理Migdal-Eliashberg計算へと適用し、その計算効率の改善を図った。第一原理Migdal-Eliashberg計算は高精度な超伝導計算手法として知られているものの、低温での計算コストが膨大なことから、高い転移温度を持つ一部の物質群にしか適用されてこなかった。本研究では、IR基底の適用により劇的に計算効率を改善し、従来困難だった単体Nb超伝導体の転移温度を定量評価することに成功した。この手法により、今までSCDFTで説明できなかった超伝導体の発現機構に、別手法からアプローチすることが可能となる。
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