物性機能設計研究室

研究室HP

[ 教授 ] 白井 正文
[ 准教授 ] 阿部 和多加
[ 助教 ] 辻川 雅人
[ 助教 ] 新屋 ひかり
[ 研究員 ] Tufan Roy
[ 研究員 ] 井上 順一郎

研究活動

現代の情報デバイスには、大量の情報を処理・伝達・記録するために半導体や磁性体など様々な材料が利用されている。本研究室の研究目標は以下のとおりである。(1)次世代情報デバイスの基盤となる材料やナノ構造において発現する量子物理現象を理論的に解明すること、(2)デバイス性能の向上につながる新しい機能を有する材料やナノ構造を理論設計すること、(3)大規模シミュレーション技術を駆使した画期的な物性・機能の設計手法を確立すること。

物性機能設計研究分野|白井教授

電子の有する電荷とスピンの自由度を共に利用した新しい機能デバイスの実現を目指したスピントロニクス研究の一環として、高スピン偏極材料やそれを用いたデバイス構造におけるスピン依存電気伝導の理論解析を主たる研究テーマとしている。強磁性金属薄膜における磁気異方性の電界制御による省電力デバイス創製を目指した理論研究にも着手している。
最近、第一原理計算とX線磁気円二色性(XMCD)測定によりMgO/Pt/Fe界面における磁気異方性電圧制御(VCMA)の起源を解明した。電圧誘起されたPt原子の電気四重極子が主にVCMAに寄与している。 特異な機能を有する半導体スピントロニクス材料を実現するため、第一原理計算とモデル計算を組合せた強磁性半導体の物質設計を実行すると共に、ゲート電圧による強磁性半導体の新しい磁性制御法を提案した。また、ハーフメタル材料やスピンギャップレス半導体といった複雑な電子状態を示す材料に対して、有限温度における伝導特性を評価するための第一原理計算手法の開発に取組んでいる。

研究テーマ

○第一原理計算と機械実習に基づく新しいスピン機能材料の理論設計
○スピントロニクス素子における電気伝導特性の理論解析
○表面におけるナノ構造形成プロセスの計算機シミュレーション
○材料・素子機能を設計するシミュレーション手法の開発

図1: MgO/Pt/Fe界面のPt原子に電圧誘起された電子分布の変化

極限物性研究分野|阿部准教授

高密度領域で現れる特異な物性を、第一原理的手法により探っている。最近の研究対象は、電子格子相互作用に基づく高温超伝導の可能性が予測されている、水素化合物の高圧金属相だ。また、第一原理計算による構造探索手法の開発にも取り組んでいる。未知の物質を探る上で、この構造探索手法は極めて有効であることが確認されており、高圧に限らず、新材料設計全般への応用も可能と考えている。

研究テーマ

○高密度物質
○水素、水素化合物の金属化と超伝導
○第一原理構造探索手法の開発

図2: スピノーダル分解により形成された強磁性半導体(In,Fe)Sbの大理石相(左)と昆布相(右)