理論計算による高効率な磁気構造予測手法の開発に成功

2021-02-18

2021-02-18 東京大学,理化学研究所,東北大学,大阪大学,科学技術振興機構

ポイント

さまざまな磁性体が示す複雑な磁気構造を、高精度で効率良く予測できる計算手法の開発に成功し、既存の磁気構造データベースを用いた詳細なベンチマークを行った。
クラスター多極子と呼ばれる、新しい基本構造による磁気構造の生成手法を導入し、現実的なレベルまで計算コストを削減した。磁気構造データベースに基づく網羅的研究としても世界で初めての試みとなる。
本研究成果は、機能性反強磁性体の探索や設計に有用である。反強磁性体を用いた磁気デバイス素子などの形で社会還元されることが期待される。

東京大学大学院新領域創成科学研究科博士後期課程のＭａｒｉｅ－ＴｈｅｒｅｓｅＨｕｅｂｓｃｈ、同大学大学院工学系研究科物理工学専攻　野本拓也　助教（ＪＳＴ　さきがけ研究者）、有田亮太郎　教授（理化学研究所　チームリーダー）、東北大学金属材料研究所計算材料学センター　准教授／大阪大学大学院基礎工学研究科スピントロニクス学術連携研究教育センター　鈴木通人　招へい准教授（ＪＳＴ　さきがけ研究者）らの研究グループは、さまざまな磁性体が示す複雑な磁気構造を、高精度で効率良く理論予測できる計算手法の開発に成功しました。これは、スピン密度汎関数理論と呼ばれる計算手法と、同研究グループが提案したクラスター多極子理論に基づいた成果で、既存の手法に比べて約３０分の１程度の計算コストで磁気構造を予測することができます。本研究成果は、理論主導に基づく新規磁性体探索に有効で、次世代型磁気デバイス素子の開発に向けた磁性材料設計への貢献が期待されます。

本成果は国際科学誌「ＰｈｙｓｉｃａｌＲｅｖｉｅｗＸ」に２０２１年２月１６日付で掲載されました。

本研究は、ＪＳＴ戦略的創造研究推進事業個人型研究（さきがけ）「トポロジカル材料科学と革新的機能創出」研究領域（研究総括：村上修一）における研究課題「第一原理計算に基づくトポロジカル磁性材料探索」（課題番号：ＪＰＭＪＰＲ２０Ｌ７、研究者：野本拓也）、さきがけ「理論・実験・計算科学とデータ科学が連携・融合した先進的マテリアルズインフォマティクスのための基盤技術の構築」研究領域（研究総括：常行真司）における研究課題「多極子理論とデータ科学の融合による物質設計」（課題番号：ＪＰＭＪＰＲ１７Ｎ８、研究者：鈴木通人）、同事業チーム型研究（ＣＲＥＳＴ）「トポロジカル材料科学に基づく革新的機能を有する材料・デバイスの創出」研究領域（研究総括：上田正仁）における研究課題「電子構造のトポロジーを利用した機能性磁性材料の開発とデバイス創成」（課題番号：ＪＰＭＪＣＲ１８Ｔ３、研究代表者：中辻知）、並びに文部科学省科学研究費補助金（Ｎｏ．１５Ｈ０５８８３：局在多極子と伝導電子の相関効果、Ｎｏ．１６Ｈ０６３４５：強相関物質設計と機能開拓－非平衡系・非周期系への挑戦－、Ｎｏ．１９Ｈ０５８２５：量子液晶の物性科学、Ｎｏ．１９０１８４２：重い電子系化合物に対する第一原理計算手法の開発と応用、Ｎｏ．２０Ｋ２１０６７：反強磁性ドメインの形成と制御の理論研究、Ｎｏ．２０Ｈ０５２６２：クラスター多極子法による準結晶の磁気構造と物性現象の研究）の一環として行われました。

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