f電子系の第一原理計算手法開発と磁気異方性評価への応用

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26400330
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 赤井 久純 東京大学, 物性研究所, 特任教授 (70124873)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: f電子系 / 磁気異方性 / 自己相互作用補正 / 最適化有効ポテンシャル / 交換相互作用 / 超微細相互作用 / 非局所ポテンシャル / 国際情報交換

研究実績の概要

希土類を含む金属間化合物の第一原理電子状態において、十分に根拠がありしかも実用的な f の取り扱い方法が存在しない。オープン・コア近似をLDA/GGAと併用することが多いが、第一原理からは程遠い。本研究では。局在化した f 電子の状態を記述するために、自己相互作用補正(SIC)を適用する方法と、最適化有効ポテンシャル(OEP)を用いる方法を開発した。最終年度において、これまで手がつけられていなかった、有効ポテンシャルの角度部分の効果を取り入れる手法を開発した。 f 軌道に対しては占有軌道と非占有軌道の間の軌道の大きな分裂がおこり、この効果が有効ポテンシャルに入っていることが必要である。有効ポテンシャルは局所ポテンシャルであるから、この効果は角度部分が担わなければならず、この点が前年度までには完成できていなかった。そのためOEPを用いた時にも期待した効果を得ることができなかった。最終年度において、角度部分に対する有効ポテンシャルの開発を行い、初歩的な段階ではあるが、そのコード化を進めた。研究期間全体を通して得られた成果として、SICの新しい定式化を行った。SIC はユニタリー不変ではないために軌道の選び方に任意性が残る、新しい定式化では交換相関エネルギーを結合定数による積分の形で書き、その結果を積分の端点での値の１次結合で近似する。これによってFilippettii流のSICの表式を得ることができた。ただし１次結合の定数は Filippettii 流の0.5とは限らない。ハイブリッドDFTの例にならって、これを0.25として、希土類磁石材料の電子状態と磁性の第一原理計算をすすめた。その結果、一般的に磁気転移温度を20％程度高めに評価するが、全体的な磁気特性はよく説明できること、SmFeN系磁石材料の磁気異方性においては f 軌道と N の軌道混成が重要であること等を見出した。

研究成果

• [国際共同研究] ルードウィヒ・マクシミリアン大学ミュンヘン/マルティン・ルター大学ハレ・ヴィッテンベルク(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: ルードウィヒ・マクシミリアン大学ミュンヘン/マルティン・ルター大学ハレ・ヴィッテンベルク
• [国際共同研究] ワーリック大学(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: ワーリック大学
• [国際共同研究] ヨハネス・ケプラー大学リンツ(オーストリア)
  • 国名: オーストリア
  • 外国機関名: ヨハネス・ケプラー大学リンツ
• [雑誌論文] First-principles Study of Intersite Magnetic Couplings and Curie Temperature in RFe12?xCrx (R = Y, Nd, Sm) (2018)
  • 著者名/発表者名: Fukazawa Taro、Akai Hisazumi、Harashima Yosuke、Miyake Takashi
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 ページ: 044706～044706
  • DOI: DOI: 10.7566/JPSJ.87.044706
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum Theory of Rare-Earth Magnets (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyake Takashi、Akai Hisazumi
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 ページ: 041009～041009
  • DOI: DOI: 10.7566/JPSJ.87.041009
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Maximum performance of permanent magnet materials (2018)
  • 著者名/発表者名: Akai H.
  • 雑誌名: Scripta Materialia 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: DOI: 10.1016/j.scriptamat.2018.02.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-principles calculation of transition-metal Seebeck coefficients (2018)
  • 著者名/発表者名: Kou S.、Akai H.
  • 雑誌名: Solid State Communications 巻: 276 ページ: 1～4
  • DOI: DOI: 10.1016/j.ssc.2018.02.018
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atomistic-model study of temperature-dependent domain walls in the neodymium permanent magnet Nd2Fe14B (2017)
  • 著者名/発表者名: Nishino Masamichi、Toga Yuta、Miyashita Seiji、Akai Hisazumi、Sakuma Akimasa、Hirosawa Satoshi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 95 ページ: 094429-1～6
  • DOI: DOI: 10.1103/PhysRevB.95.094429
  • 査読あり
• [雑誌論文] L-edge resonant magneto-optical Kerr effect of a buried Fe nanofilm (2017)
  • 著者名/発表者名: Kubota Y.、Taguchi M.、Akai H.、Yamamoto Sh.、Someya T.、Hirata Y.、Takubo K.、Araki M.、Fujisawa M.、Yamamoto K.、Yokoyama Y.、Yamamoto S.、Tsunoda M.、Wadati H.、Shin S.、Matsuda I.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 ページ: 134432-1～6
  • DOI: DOI: 10.1103/PhysRevB.96.134432
  • 査読あり
• [雑誌論文] Determination of the element-specific complex permittivity using a soft x-ray phase modulator (2017)
  • 著者名/発表者名: Kubota Y.、Hirata Y.、Miyawaki J.、Yamamoto S.、Akai H.、Hobara R.、Yamamoto Sh.、Yamamoto K.、Someya T.、Takubo K.、Yokoyama Y.、Araki M.、Taguchi M.、Harada Y.、Wadati H.、Tsunoda M.、Kinjo R.、Kagamihata A.、Seike T.、Takeuchi M.、Tanaka T.、Shin S.、Matsuda I.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 ページ: 214417-1～6
  • DOI: DOI: 10.1103/PhysRevB.96.214417
  • 査読あり
• [学会発表] 新規磁石材料化合物の可能性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 赤井久純
  • 学会等名: 学振第147委員会
  • 招待講演
• [学会発表] Upper limits of magnetization, Curie temperature, and magnetic anisotropy of permanent magnet materials (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Akai
  • 学会等名: APS March Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Atomic scale simulations (LLG and MC) of magnetization reversal at finite temperatures (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Miyashita1, M. Nishino, Y. Toga, A. Sakuma, S. Hirosawa, T. Miyake, H. Akai and S. Doi
  • 学会等名: International Magnetics Conference (INTERMAG) Europe 2017
  • 国際学会
• [学会発表] DFT-based study of Curie temperature for NdFe12-xMx (M=K―Br)within coherent potential approximation (2017)
  • 著者名/発表者名: 深澤太郎、赤井久純、原嶋庸介、三宅隆
  • 学会等名: ポスト「京」重点課題（7）研究会
• [学会発表] First-principles calculation of temperature dependent electrical resistivity and Seebeck coefficient (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Kou and H. Akai
  • 学会等名: Junjiro Kanamori Memorial International Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] First-Principles Calculation of Electronic Structure and Magnetic Properties of Sm2Fe17Nx (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Ogura, A. Mashiyama, and H. Akai
  • 学会等名: Junjiro Kanamori Memorial International Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Free energy barrier at magnetization reversal for rare-earth permanent magnets (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Toga, S. Doi, M. Matsumoto, S. Miyashita, H. Akai, T. Miyake, and A. Sakuma
  • 学会等名: Junjiro Kanamori Memorial International Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetic properties of La doped rare earth permanent magnets (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Hoffmannm M. Matsumoto, and H. Akai
  • 学会等名: Junjiro Kanamori Memorial International Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] First-principles based calculation of magnetocrystalline anisotropy at finite temperature (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Doi, M. Matsusmoto, J. Staunton, and H. Akai
  • 学会等名: Junjiro Kanamori Memorial International Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Size and field dependence of the trigger process of the magnetization resersal of Nd2Fe14B magnet, (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Miyashita, M. Nishino, Y. Toga, T. Hinokihara, T. Miyake, S. Hirosawa, H. Akai, S. Doi, and A. Sakuma
  • 学会等名: Junjiro Kanamori Memorial International Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Must for candidates of permanent magnet materials (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Akai
  • 学会等名: 第41回 日本磁気学会学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 第一原理計算に基づく磁石化合物 RFe12-xCrx (R=Y, Nd, Sm) の サイト間磁気結合 (2017)
  • 著者名/発表者名: 深澤太郎，赤井久純，原嶋庸介，三宅隆
  • 学会等名: PCoMSシンポジウム＆計算物質科学スパコン共用事業報告会
• [学会発表] 磁石化合物RFe12-xCrx(R=Y, Nd,Sm)におけるサイト間磁気結合の第一原理電子状態計算 (2017)
  • 著者名/発表者名: 深澤太郎，赤井久純，原嶋庸介，三宅隆
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
• [学会発表] スピン模型による局所磁化反転時におけるエネルギー障壁の外場依存性II (2017)
  • 著者名/発表者名: 栂裕太, 土居抄太郎C, 松本宗久, 宮下精二, 赤井久純, 三宅隆, 佐久間昭正
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
• [備考] 赤井研究室
  • URL: http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/akai_group.html
• [備考] AkaiKKR (Machikaneyama)
  • URL: http://kkr.issp.u-tokyo.ac.jp
• [産業財産権] 希土類磁石 (2017)
  • 発明者名: 赤井久純、他5名
  • 権利者名: 赤井久純、他5名
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2018-27405
• [学会・シンポジウム開催] Junjiro Kanamori Memorial International Symposium (2017)