Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

強相関電子系 / 磁性 / 超伝導 / 第一原理計算 / 多極子秩序 / 動的平均場法 / データ科学

本研究では、磁性や超伝導などの機能物性を第一原理的に記述する実用的な理論の構築を目指して、動的平均場法（DMFT法）によって強相関効果を考慮した第一原理計算法（DFT+DMFT法）の発展とその応用に取り組む。全研究期間を通した研究計画は、DFT+DMFT法に関連した理論構築とその適用範囲を検証する“基礎”と適用限界の範囲で強相関化合物の物質設計に応用する“応用”に分かれる。本年度は基礎に関する以下の課題に取り組んだ。
化合物の磁性、あるいは一般に多極子秩序を理論計算により調べるためには、波数依存した感受率を計算する必要がある。DFT+DMFT法では、波数依存感受率はベーテ・サルピータ方程式と呼ばれる方程式を解くことで得られる。しかし、感受率はスピン・軌道自由度の添え字を4つ有するため、強相関系の舞台であるd軌道系やf軌道系でこの方程式を解くこは簡単ではない。特に、f軌道に応用するためには、適切な近似による計算量の削減と得られた多極子感受率（4階のテンソル量）の解析法の確立が必要である。
本研究では、多極子秩序の研究でもっともよく調べられているf電子系化合物CeB6を対象として、DFT+DMFT法による電子構造および多極子感受率の計算を行い、検証を行った。その結果、実験と矛盾のない波数依存感受率を得ることができた。この最終的な結果を得る過程において、相互作用に関するdouble counting correctionに関して重要な知見が得られた。この結果は、今後、DFT+DMFT法を様々なf電子系化合物に応用していく際に重要な指針となる。

強相関電子系 / 磁性 / 超伝導 / 第一原理計算 / スパースモデリング / 動的平均場法 / データ科学 / 計算物理 / オープンソースソフトウェア / 量子モンテカルロ法 / 動的感受率 / 動的平均場理論

強相関電子系化合物では、多数の電子がクーロン斥力によって強く相互作用しあうことで、磁性や超伝導などの実用的に有用な様々な機能物性が発現する。それらの物性を理解する上で、外場への応答を表す感受率が重要な役割を果たす。しかし、現実の強相関化合物に対する感受率の計算は、数値計算の難しさのために実現していない。本研究では、データ科学的な方法論を応用することで、強相関化合物の感受率計算の実現に向けた多くの進展を得た。

静的な外場に対応する感受率は、材料としての性能そのものを表し、また、磁性や超伝導状態への相転移温度の決定にも利用される。一方、動的な外場に対応する感受率によって物質の励起構造を調べることができる。このように、静的および動的感受率は基礎・応用共に極めて重要な物理量であるが、多くの有用な機能物質を有する強相関電子系化合物の感受率計算は困難であった。本研究成果はこれを可能とするもので、今後、現実の機能物質の研究に応用されていくと期待される。

動的相関関数 / モット転移 / 光学伝導度 / 強相関電子系 / 反強磁性秩序 / 動的平均場法 / 熱伝導度 / 電気伝導度

反強磁性秩序発現に伴う金属絶縁体転移近傍の光学電気伝導度をクラスター動的平均場法に基づく大規模数値計算で求め、相互作用による電流が繰り込みを与える頂点補正が光学伝導度の周波数依存性、温度依存性に大きな影響を与えることを発見した。また、フラストレートした強相関電子系のモット金属絶縁体転移の特徴の解明を目指して、最近接サイト間の電荷揺らぎの量子ダイナミクスを同手法を用いて計算し、特にdoublonとholonと呼ばれる伝導電子の二重占有状態と空状態が強い引力的相関を持つことを明らかにした。

【研究分担者】
野村悠祐	慶應義塾大学	理工学部(矢上)	准教授	(Kakenデータベース)
品岡寛	埼玉大学	理工学研究科	助教	(Kakenデータベース)
吉見一慶	東京大学	物性研究所	特任研究員	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
吉見一慶	東京大学	物性研究所	特任研究員	(Kakenデータベース)
野村悠祐	国立研究開発法人理化学研究所	創発物性科学研究センター	研究員	(Kakenデータベース)
品岡寛	埼玉大学	理工学研究科	助教	(Kakenデータベース)
大関真之	東北大学	情報科学研究科	教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
佐藤年裕	国立開発法人理化学研究所	その他部局等	研究員	(Kakenデータベース)

【研究連携者】
服部一匡	首都大学東京	理工学研究科	准教授	(Kakenデータベース)