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理論・計算分子科学研究領域南谷グループ

場所:明大寺キャンパス 南実験棟
Annual Review : こちら

量子多体効果、第一原理計算、数値くりこみ群、電子フォノン相互作用、磁性

量子多体効果が織りなす新奇固体物性の理論研究

固体の様々な驚くべき物性は、電子や固体振動の量子であるフォノンといった様々な素励起間の量子的な相互作用によって生じています。私達のグループでは、電子エレクトロニクス・スピントロニクスといった応用にも結びつく、ナノスケールでの磁性とエネルギー散逸の学理解明を目指して、場の量子論や第一原理計算を組み合わせた研究手法の開発や、実験グループと密接に連携した共同研究を進めています。

ナノスケールの磁性に関しては、近藤効果やスピン軌道相互作用に着目しています。近藤効果は、局在スピンと伝導電子が相互作用し、近藤1重項と呼ばれる特徴的な量子多体状態を形成する現象です。スピン軌道相互作用は、スピンを持った電子が異方的な軌道運動をすることで生じる相対論的な効果で、スピンが特定の方向を向きやすくなります。私達はとくに、表面上のナノ構造や吸着分子における新奇現象の可能性を探っています。

エネルギー散逸については、特に電子フォノン相互作用に注目した研究を進めています。格子振動の量子、フォノンと電子の相互作用は、電気抵抗、熱電効果から超伝導に至るまで固体物理の随所にあらわれる最も基本的な相互作用の一つですが、相互作用強度の見積もりは簡単ではありません。私達のグループでは密度汎関数理論に基づく第一原理計算を応用した電子フォノン相互作用の精密計算を駆使して、各種表面分光法に現れる電子フォノン相互作用のシグナルを捉えることや、電子フォノン相互作用に由来する熱物性への解明に取り組んでいます。


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Fig. 1 Schematic image of the theoretical method developed in our group
 

参考文献

  1. Emi Minamitani, Noriyuki Tsukahara, Daisuke Matsunaka, Yousoo Kim, Noriaki Takagi, Maki Kawai, “Symmetry-driven novel Kondo effect in a molecule”, Phys. Rev. Lett., 109 (2012) 086602.
  2. Emi Minamitani, Ryuichi Arafune, Noriyuki Tsukahara, Yoshitaka Ohda, Satoshi Watanabe, Maki Kawai, Hiromu Ueba, Noriaki Takagi “Surface phonon excitation on clean metal surfaces in scanning tunneling microscopy”, Phys. Rev. B93, 085411 (2016)
  3. E. Minamitani, N. Takagi, S. Watanabe, “Model Hamiltonian approach to the magnetic anisotropy of iron phthalocyanine at solid surfaces”, Phys. Rev. B94, 205402 (2016).
  4. R. Hiraoka, E. Minamitani, R. Arafune, N. Tsukahara, S. Watanabe, M. Kawai, and N. Takagi, “Single-Molecule Quantum Dot as a Kondo Simulator”, Nat. Commun., 8 16012 (2017).
  5. Emi Minamitani, Ryuichi Arafune, Thomas Frederiksen, Tetsuya Suzuki, Syed Mohammad Fakruddin Shahed, Tomohiro Kobayashi, Norifumi Endo, Hirokazu Fukidome, Satoshi Watanabe, Tadahiro Komeda “Atomic-scale characterization of the interfacial phonon in graphene/SiC” Phys. Rev. B96, 155431 (2017)