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。

スピントロニクス / 磁性 / 表面・界面物性 / 超薄膜 / スピン軌道相互作用 / 垂直磁気異方性 / 軌道分光 / 第一原理計算 / 表面・界面

界面原子層成長制御、磁気分光、第一原理計算を結集することにより、界面スピン軌道結合を微視的に解明し、その学術基盤の構築とデバイス応用を狙った。まず、教科書の記述の更新につながる成果としては、界面磁気異方性の微視的理解であり、物質系ごとに軌道磁気モーメントの異方性と軌道四極子それぞれの役割を直感的理解とともに明らかにした。界面原子層成長制御が一層の進歩を遂げ、室温の世界記録となる異方性トンネル磁気抵抗効果や、Fe/MgO/Fe(001)接合のトンネル磁気抵抗効果の倍増にも成功した。この他、可逆歪場を利用した新規磁気分光法や、Rashba型スピン軌道相互作用に関する成果も得た。

界面の研究では、試料品質によって結果が大きく異なってくることが多い。本研究では、高品位試料作製技術と磁気分光、理論解析が一体化することによって、well-definedな界面での研究を可能とし、界面でのスピン軌道結合の微視的理解を推し進めた。教科書の改訂につながる成果を挙げており、学術基盤の構築という意義を有する。社会的意義としては、従来よりもはるかに大きなTMRやTAMRを実現しており、今後のスピントロニクス応用における貢献が期待できる。省エネやAI技術を含む次世代情報通信技術に資するものである。

【研究分担者】
岡林潤	東京大学	大学院理学系研究科(理学部)	准教授	(Kakenデータベース)
三浦良雄	国立研究開発法人物質・材料研究機構	磁性・スピントロニクス材料研究拠点	グループリーダー	(Kakenデータベース)
介川裕章	国立研究開発法人物質・材料研究機構	磁性・スピントロニクス材料研究拠点	主幹研究員	(Kakenデータベース)