遷移金属を含む三元化合物の電子帯構造と物性に関する理論的研究

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04640339
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 鈴木 直 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (40029559)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 望月 和子 信州大学, 理学部, 教授 (90029413) ; 白井 正文 大阪大学, 基礎工学部, 助手 (70221306)
• Keywords: 遷移金属カルコゲナイド / NiAs型 / フェリ磁性 / LAPW法 / 電子帯構造 / 全エネルギー / 光電子スペクトル / 光学伝導率

Research Abstract

NiAs型遷移金属カルコゲナイドMSおよびM_7Se_8(M=Fe,Co)の電子状態をLAPW法で計算しこれらの物質の磁気的および光学的特性に関して以下に示す重要な知見を得た。
1.FeSとCoS
常圧の格子定数を用いて、常磁性、強磁性、反強磁性状態の全エネルギーを計算した結果、FeSでは反強磁性状態が最もエネルギーが低く、CoSでは常磁性状態が最も安定である。この結果は実験結果と一致する。CoSで常磁性状態が安定なのはc軸の長さが短かいことを反映してフェルミレベルでの状態密度がFeSよりかなり小さいためである。FeSの場合もc軸の長さが常圧のCoSと同程度になっている6.9GPaでの格子定数を用いて計算すれば確かに常磁性状態のエネルギーが最も低くなり、実験事実とも一致している。
2.Fe_7Se_8とCo_7Se_8
(1)フェリ磁性状態Fe_7Se_8におけるFe3d成分の交換分裂の大きさは約3eVとかなり大きく、状態密度の形は多数スピンと少数スピンとで著しく異なる。各Fe原子のスピンモーメントの大きさは約3μ_Bであり、また、全スピンモーメントの大きさは1分子Fe_7Se_8当たり2.5μ_Bで実験値2.4μ_Bと良い一致を示す。
(2)フェリ磁性状態Fe_7Se_8の状態密度を用いて計算した光電子スペクトルは、フェルミェベル直下に鋭いピーク、3eV〜4eV付近に広いピークを示し、入射エネルギー80eVのUPSスペクトルと良い対応を示す。フェルミレベル直下の鋭いピークはFe3d少数スピンの状態からの、また3eV〜4eV付近の広いピークはFe3d多数スピン状態からの寄与である。
(3)バンド間遷移による光吸収スペクトルを遷移の行列要素を考慮して計算した結果、常磁性Co_7Se_8では1.5eV付近にブロードなピークをもつスペクトルが、フェリ磁性Fe_7Se_8では0.5eV付近に鋭いピークをもつスペクトルが得られ、どちらも実験結果と比較的良い対応を示す。

Research Products

• [Publications] N.Suzuki: "Bonding Nature of Intercalation Compounds M_<1/3>TiS_2(M=Transition-Metal Atom,Silver Atom,Alkali-Metal Atom)" Proc.Int.Conf.on Phys.of Trans.Metals. 374-378 (1993)
• [Publications] N.Suzuki: "Pressure Effects on Electronic Structure and Magnetism of Cu_2Sb-Type Compound Mn_2Sb" Jpn.J.Appl.Phys.Suppl.32-3. 169-171 (1993)
• [Publications] M.Shirai: "Electronic Structure and Ferro-Antiferro Transition in Cubic Perovskite Compound Mn_3GaC" Jpn.J.Appl.Phys.Suppl.32-3. 174-176 (1993)
• [Publications] N.Suzuki: "RKKY Interaction in Transition-Metal Intercalation Compounds of 1T-Type TiS_2" Jpn.J.Appl.Phys.Suppl.32-3. 201-202 (1993)
• [Publications] H.Ikeda: "Electronic Structure and Magnetic and Optical Properties of NiAs-Type Transition-Metal Chalcogenides MX(M=Fe,Co;X=S,Se)" Jpn.J.Appl.Phys.Suppl.32-3. 203-205 (1993)
• [Publications] K.Motizuki: "Electronic Structure and Spin Fluctuation of NiAs-Type Transition Metal Compounds" Recent Adv.in Mag.of Trans.Metal Compounds. 26-41 (1993)
• [Publications] E.Kulatov: "Pressure Dependences of Electronic and Optical Properties of MnAs,MnSb and Mn_2Sb" Recent Adv.in Mag.of Trans.Metal Compounds. 56-66 (1993)
• [Publications] M.Shirai: "Electronic Structure and Magnetsim of Cu_2Sb-Type Transition Metal Compounds" Recent Adv.in Mag.of Trans.Metal Compounds. 67-77 (1993)
• [Publications] N.Suzuki: "Bands,Bonds and Magnetism of Intercalation Compounds of Transition-Metal Dichalcogenides." Recent Adv.in Mag.of Trans.Metal Compounds. 179-192 (1993)
• [Publications] K.Motizuki: "Intercalation Compounds of Transition-Metal Dichalcogenides" Physics of New Materials. 106-138 (1994)