2001 Fiscal Year Annual Research Report
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13750608
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Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
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| Keywords | マグネシウム / 磁性 / クラスター / 電子構造 / 正二十面体成長 / 第一原理計算 / フェリ磁性 |
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| Research Abstract |
MnOクラスターを理解する前に必要な予備知識を得るため、我々はまず、13から23個の原子からなるMnクラスターの磁気特性に関するシミュレーション計算を行った。最近のStern-Gerlach実験の研究(M.Knickelbein, Phys. Rev. Lett. 86(2001)5255)ではMnクラスターはフェリ磁性で、小さな磁気モーメントを示し、正二十面体であると予想されている。Mn_<13>とMn_<19>では異常に小さな磁気モーメントが観測されていることが報告されている。
我々はMn_<13>、Mn_<15>、Mn_<19>、そして、Mn_<23>クラスターに対する第一原理計算を行った。計算の結果、Mn_<13>、Mn_<19>、そして、Mn_<23>クラスターでは正二十面体構造が安定で、Mn_<15>クラスターはbcc構造が安定であることが分かった。また、結合エネルギーはバルクのαMnの70%ほどであり、結合長もわずかに長かったことから、クラスターの結合力はバルクに比べ弱いということが言える。
スピン構造に関しては非常に興味深い結果を得た。エネルギー的に最安定なスピン状態は各原子がおよそ±4μ_<B>の磁気モーメントを持ち、その結果クラスター全体では小さな磁気モーメントとなっている。クラスターの内側にある原子のほうが外側にある原子より磁気モーメントが小さい。正二十面体構造のMn_<13>とMn_<19>では五員環内で反強磁性の対を形成し、五員環の平面同士でも反強磁性の対を形成している。一方、bcc構造を形成するMn_<15>クラスターは角にある原子と体心位置、または、面心位置の原子と反強磁性の対を形成する。このフェリ磁性的な磁気構造は実験の結果と一致している。また、磁気異性体間のわずかなエネルギー差が、磁気モーメントの温度依存性をもたらしていると考えられる。
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Research Products
(6 results)
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[Publications] T.M.Briere, M.Sluiter, V.Kumar, Y.Kawazoe: "Anomalous Magnetic Moments of Mn_<13> and Mn_<19> Clusters"Materials Transactions. 43. 424-427 (2002)
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[Publications] A.Terasaki, A.Matsushita, K.Tono, R.Yadav, T.M.Briere, T.Kondow: "Electronic States of the manganese dimer ion probed by photodissociation spectroscopy"Journal of Chemical Physics. 114. 9367-9370 (2001)
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[Publications] V.V.Krishnamurthy, K.Nagamine, I.Watanabe, T.M.Briere: "Non-Fermi liquid spin dynamics in CeCoGe_<3-x>Si_<x> for x 1.2 and 1.5"Physical Review Letters. 88. 046402-1-4 (2002)
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[Publications] Q.Sun, Q.Wang, J.Z.Yu, T.M.Briere, Y.Kawazoe: "Structure and interaction mechanism in the magic AI_<13>^+H_<2>O cluster"Physical Review A. 64. 053203-1-6 (2001)
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[Publications] Q.Wang, Q.Sun, TM.Briere, Y.Kawazoe: "First-principles study of the magic Ar_6Fe^+ Cluster"Materials Transactions. 42. 2172-2174 (2001)
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[Publications] K.H.Wu, T.Sakurai, T.M.Briere, V.Kumar, Y.Kawazoe: "Adsorption of alkali metals (Na, K) on the Si(111)-7x7 surface"Physical Review Letters. (submitted).
