Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

超伝導密度汎関数理論 / 電子フォノン相互作用 / スピン揺らぎ / スピン軌道相互作用 / ウルトラソフト擬ポテンシャル / 第一原理計算 / マテリアルズインフォマティクス / ベイズ推定 / 電子-フォノン相互作用

超伝導転移温度の第一原理計算に当たって、計算時間のボトルネックとなる遮蔽交換積分およびスピン揺らぎ媒介相互作用の計算に関して手法開発を行い、プログラムの改良を行った。平面波を用いた第一原理計算においては制度と計算コストのバランスからウルトラソフト擬ポテンシャルや射影増強平面波(PAW)がよく使われるが、その場合には軌道の積に対して補正工が必要となることが、過去の応答関数の計算において指摘されている。我々はその方法を上記の計算に援用して、その精度評価を行った。
また、2020年に発表された二つの超伝導新規汎関数に対して、独自の15の単体・化合物超伝導体ベンチマークセットを用いて検証を行っている。その中で二つの物質、MgB2とYNi2B2Cに関してのみTcの大幅な過小評価が見られた。この兆候を詳しく調べることによりSCDFT凡関数の改良方針が得られると考えている。具体的には、これらの物質はホウ素の軌道がフェルミ面にかかっており、それが超伝導に寄与していると考えられる。このホウ素の軌道は３次元的な共有結合のネットワークを作っている。このような計算結果から当初からターゲットとしている「共有結合性の強い金属」は比較的高いTcが予測されるだけでなく、機構としても他のフォノン型超電導物質とはやや異なっている可能性が示唆される。
ただしMgB2に類する超伝導体はあまり見つかっておらず、どのような物質が「共有結合性の強い金属」かは定量的には分かっていないが、今回のTc計算において他とは違う振る舞いが見られたことはこれらの物質を区別する手がかりを見つけることができたと考えている。

超伝導 / 第一原理計算 / 超伝導密度汎関数理論 / Migdal-Eliashberg理論 / 非従来型超伝導

本研究課題では、非経験的第一原理計算に基づく超伝導計算手法の開発を行った。特に、超伝導密度汎関数理論へのスピン軌道相互作用の導入・奇パリティ超伝導計算の実装を行い、Sn1-xInxTeおよびCuxBi2Se3の超伝導発現機構の解析を行った。また、中間表現基底＋スパースサンプリングの手法を適用し、従来困難だった転移温度の低い超伝導体において、第一原理的Migdal-Eliashberg計算からその転移温度を定量評価することに成功した。

超伝導密度汎関数理論へのスピン軌道相互作用の導入や奇パリティ超伝導計算の実装は、トポロジカル超伝導をはじめとする非従来型超伝導を第一原理的に計算する枠組みを提供する点で意義深い。また、本研究課題で、高精度な超伝導計算手法である第一原理Migdal-Eliashberg計算を転移温度の低い超伝導体に適用することが可能になった。これにより今まで超伝導密度汎関数理論では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った。

超伝導密度汎関数理論 / 第一原理計算 / 高温超伝導 / トポロジカル超伝導 / 物性理論 / 超伝導 / 高圧下水素化合物 / 高圧下硫化水素

超伝導密度汎関数理論に関わる以下の方法論開発を行った。(1)k-meshのサイズについて収束のよい電子格子相互作用の計算法。(2)スピン軌道相互作用を考慮した電子格子相互作用の評価法。(3)奇パリティの超伝導の不安定性の評価法。これらを使ってBiS2系超伝導体、トポロジカル結晶絶縁体SnTeにInをドープした場合およびトポロジカル超伝導体Bi2Se3にCuをドープした場合の超伝導の解析を行った。また、高圧下の硫化水素の超伝導を解析するため、ゼロ点振動、フォノンの非調和性、遅延効果、バーテックス補正を考慮したMigdal-Eliashberg理論に基づく第一原理計算法の開発と応用も行った。

高温超伝導 / 第一原理計算 / 転移温度 / ダウンフォールディング / 超伝導密度汎関数理論 / ダウンフォーフディング / 強相関電子系 / 計算物理 / 超伝導材料•素子 / 物性理論 / 分子性固体

第一原理的に超伝導転移温度を計算する方法論を開発・応用した。密度汎関数理論と強相関モデル計算を融合するアプローチについては、スピン軌道相互作用、電子格子相互作用の取り込みを行った。超伝導密度汎関数理論に基づくアプローチについては、プラズモン機構が取り扱えるような拡張を行った。開発した手法を鉄系超伝導体、層状窒化物超伝導体、重い電子系、炭素系超伝導体、高圧下リチウムなどの系に適用した。

【研究分担者】
是常隆	東北大学	理学研究科	准教授	(Kakenデータベース)

【研究連携者】
明石遼介	東京大学	理学(系)研究科(研究院)	助教	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
中村和磨	九州工業大学	工学系研究科	准教授	(Kakenデータベース)
池田浩章	京都大学	理学系研究科	助教	(Kakenデータベース)
是常隆	東京工業大学	理工学研究科	助教	(Kakenデータベース)