Hybrid density functional study on plutonium dioxide

ハイブリッド密度汎関数法による二酸化プルトニウムの物性評価

中村 博樹  ; 町田 昌彦  

Nakamura, Hiroki; Machida, Masahiko

核燃料開発においては、より精密で信頼性の高い物性値を計算可能とする数値シミュレーション技術の開発が求められている。本発表では上記課題に対して、第一原理計算手法の一つであるハイブリッド密度汎関数法に基づく、二酸化プルトニウムの物性値評価の結果を報告する。なお、課題解決にあたっては、ハイブリッド法を採用することにより、従来、強相関効果を取り入れた手法でしか再現できなかった電子状態を得ることに成功した。この解決により、二酸化プルトニウムを含む酸化物核燃料の物性評価をより精度よく推算できるようになることが期待される。

We perform hybrid density functional calculations taking account of spin-orbit couplings on plutonium dioxides in order to numerically obtain its observed ground state, i.e., the paramagnetic insulating state and properly calculate the material properties. Generally, it is known for plutonium dioxides that the standard LDA calculations give metallic states. So far, we clarified that inclusion of the spin-orbit coupling in addition to the strong correlation through LDA+U is responsible for the paramagnetic insulating state. In this paper, we show that hybrid density functional calculations with spin-orbit couplings yield the paramagnetic insulating states similar to those obtained by LDA+U.