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2022 年度 実施状況報告書

第一原理DΓAの開発による非従来型超伝導体の定量計算の実現

研究課題

研究課題/領域番号 21K13887
研究機関兵庫県立大学

研究代表者

北谷 基治  兵庫県立大学, 理学研究科, 助教 (50871331)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード高温超伝導 / 強相関 / 動的平均場理論
研究実績の概要

本研究の主眼は、第一原理計算を出発点に強相関効果を取り込むことのできる動的バーテックス近似を組み合わせることで、非従来型超伝導体の転移温度計算を定量的に行い、超伝導物質の物性解明・機能向上を目指すものである。これまで用いてきた計算方法でニッケル酸化物の転移温度が良く記述できていることを踏まえ、本年度は現実物質への応用の幅を広げることに軸足を置き、更に様々な物質に対しての転移温度の計算などから物質の機能向上の可能性を探った。

まずは動的バーテックス近似による計算で、反強磁性状態からドープをすることで超伝導ドームが出現するという全体相図が適切に記述できることを確認し、その上で幅広いパラメータによる包括的な計算を行うことで、反強磁性・超伝導の振る舞いをモデル計算の範囲でまとめた。さらに第一原理計算と組み合わせることで、昨年度から続けているパラジウム酸化物での超伝導の可能性について、より詳細なパラメータ依存性や格子の安定性を調べ、銅酸化物超伝導に匹敵する転移温度を持つ相図の予言を行った。それ以外にも、新しく発見された多層系ニッケル酸化物の転移温度を定量的に計算できることを示し、ブロック層を挿入した系に対する相図計算なども行った。その他には、三角格子上でのネマティック不安定性と非フェルミ液体的振る舞い、超伝導転移温度との相関を調べ、今後さらに幅広い物質に適用できるような基盤を固めた。さらに本手法による超伝導の計算について、これまでの研究をまとめつつ、さらに詳細な考察を加えた総説論文を出版した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初の計画の主眼であった転移温度の定量的な計算を現実的なものとするだけでなく、どこまで定量的に記述できるかについての考察を深め、さらに新物質への予言へとつなげることが出来ており、当初の計画以上に進展しているといえる。今後は転移温度にとどまらない多様な物理量の計算へとつなげていく予定である。

今後の研究の推進方策

研究計画の通り、転移温度にとどまらず伝導度・ホール係数などを対象として強相関手法の開発を行ってゆく。

次年度使用額が生じた理由

購入した物品の費用が予定よりも抑えられたことなどから次年度使用額が発生した。
次年度は最終年度であり、本研究で得られた成果を複数の国際会議で発信する予定であり、そのための旅費として主に使用する。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 4件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] Vienna University of Technology(オーストリア)

    • 国名
      オーストリア
    • 外国機関名
      Vienna University of Technology
  • [国際共同研究] Northwest University(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      Northwest University
  • [国際共同研究] King's College London(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      King's College London
  • [国際共同研究] Max Planck Institute(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Max Planck Institute
  • [国際共同研究] CNRS(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      CNRS
  • [国際共同研究]

    • 他の国数
      1
  • [雑誌論文] Optimizing Superconductivity: From Cuprates via Nickelates to Palladates2023

    • 著者名/発表者名
      Kitatani Motoharu、Si Liang、Worm Paul、Tomczak Jan M.、Arita Ryotaro、Held Karsten
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 130 ページ: 166002

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.130.166002

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] <i>Ab initio</i> materials design of superconductivity in <i>d</i><sup>9</sup> nickelates2023

    • 著者名/発表者名
      Kitatani Motoharu、Nomura Yusuke、Hirayama Motoaki、Arita Ryotaro
    • 雑誌名

      APL Materials

      巻: 11 ページ: 030701~030701

    • DOI

      10.1063/5.0097618

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Nematicity-enhanced superconductivity in systems with a non-Fermi liquid behavior2023

    • 著者名/発表者名
      Sayyad Sharareh、Kitatani Motoharu、Vaezi Abolhassan、Aoki Hideo
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Condensed Matter

      巻: 35 ページ: 245605~245605

    • DOI

      10.1088/1361-648X/acc6af

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Strongly correlated superconductivity with long-range spatial fluctuations2022

    • 著者名/発表者名
      Kitatani Motoharu、Arita Ryotaro、Schaefer Thomas、Held Karsten
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Materials

      巻: 5 ページ: 034005~034005

    • DOI

      10.1088/2515-7639/ac7e6d

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Correlations tune the electronic structure of pentalayer nickelates into the superconducting regime2022

    • 著者名/発表者名
      Worm Paul、Si Liang、Kitatani Motoharu、Arita Ryotaro、Tomczak Jan M.、Held Karsten
    • 雑誌名

      Physical Review Materials

      巻: 6 ページ: L091801

    • DOI

      10.1103/PhysRevMaterials.6.L091801

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Calculation of the Phase Diagram of Nickelate Superconductors2022

    • 著者名/発表者名
      Motoharu Kitatani, Liang Si, Oleg Janson, Zhicheng Zhong, Paul Worm, Jan M. Tomczak, Ryotaro Arita, Karsten Held
    • 学会等名
      13th International Conference on Materials and Mechanisms of Superconductivity (M2S 2022)
    • 国際学会
  • [学会発表] Calculation of the Phase Diagram of Nickelate Superconductors2022

    • 著者名/発表者名
      Motoharu Kitatani, Liang Si, Oleg Janson, Zhicheng Zhong, Paul Worm, Jan M. Tomczak, Ryotaro Arita, Karsten Held
    • 学会等名
      29th International Conference on Low Temperature Physics (LT29)
    • 国際学会
  • [学会発表] 層状ニッケル酸化物の超伝導相図とそれに基づく物質設計2022

    • 著者名/発表者名
      北谷基治
    • 学会等名
      基研研究会「非自明な電子状態で発現する超伝導現象の新しい潮流」
    • 招待講演
  • [学会発表] ニッケル酸化物の超伝導相図とそれに基づく物質設計2022

    • 著者名/発表者名
      北谷基治
    • 学会等名
      高温超伝導フォーラム第10回会合

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公開日: 2023-12-25  

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