2023 Fiscal Year Annual Research Report
First-principles Calculation of Light-Spin-Charge Conversion Materials
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20K15115
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
山口 直也 金沢大学, ナノマテリアル研究所, 特任助教 (70868116)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | スピン分裂 / スピン分解バンドアンフォールディング / バンド分散可視化 / 遷移金属ダイカルコゲナイド / 太陽電池 / 電場 / ベリー位相 / 磁気熱電性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度である今年度は有限系におけるスピン軌道分裂を調べるための、スピン分解巨大分子バンドアンフォールディング法の開発を行った。これは有限系から有効的なバンド分散を抽出するバンドアンフォールディング法として、巨大分子バンドアンフォールディング法を提案した上で、スピン分解機能を付加したものである。有限系のバンド分散が可視化できるようになれば、近似結晶での記述が難しい不規則系でのバンド分散やそこで生じるスピン分裂の評価も可能になると期待される。実際に、遷移金属ダイカルコゲナイドWS2のフレークにおけるスピン-バレーロッキングにかかわるスピン分裂の可視化に成功した。
前年度に開発した磁気熱電効果である異常ネルンスト効果と異常ホール効果の物性評価計算コードによる応用計算として、チャーン絶縁体となるCrドープのBi2Se3における異常ネルンスト係数の予測の研究に携わった。また、van Hove特異点が誘起する巨大な磁気熱電効果の機構の理論的研究にも同コードが活用された。
期間全体の本研究の成果として主なものは、擬原子基底線形結合法とベリー位相法に基づく一様電場下での第一原理計算手法の開発を世界で初めて完成させたことと、太陽電池材料の設計指針の提案として、近年の有機薄膜太陽電池材料の論文から材料特性データを抽出し、データ科学的手法に基づいて高性能な材料の条件を導出したことである。
プログラム開発については、上述の最終年度に完成したスピン分解巨大分子バンドアンフォールディング計算コードに加え、電場印加下でのナノスケール材料において高効率に電子状態が予測できる計算コードを独自に開発した。それは競合コードと比較して、局在基底を用いた方法であるため、扱える原子数が世界最大級である。また、高効率に磁気熱電性を評価する局所ベリー位相法の計算コードの開発にも貢献した。一部の計算コードは既に公開済みである。
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[Presentation] micro-focused ARPES study of electronic structure in Janus monolayer transition metal dichalcogenides2024
Author(s)
S. Akatsuka, M. Sakano, H. Nakajo, T. Kato, N. Yamaguchi, F. Ishii, T. Yamamoto, N. Mitsuishi, K. Watanabe, T. Taniguchi, M. Kitamura, K. Horiba, K. Sugawara, S. Souma, T. Sato, H. Kumigashira, Y. Seo, S. Masubuchi, T. Machida, K. Ishizaka
Organizer
APS March Meeting 2024
Int'l Joint Research
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