2014 Fiscal Year Research-status Report
四方逆プリズム型遷移金属錯体に発現する多彩な磁性とその光制御
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24540342
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
山本 昌司 北海道大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (90252551)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 光誘起相転移 / 遍歴強磁性 / シアノ架橋遷移金属錯体 / 四方逆プリズム型錯イオン / 実時間経路積分 / 角度分解光電子分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
シアノ架橋銅モリブデン化合物Cu2[Mo(CN)8]の光誘起可逆ついて，実験観測との比較検討も含めて，定量的理論計算を行った。この物質に波長の違う可視光を照射すると常磁性－強磁性光誘起相転移を起こすことが知られ，これが磁化発現・減退の双方向にスウィッチング可能であることが大変興味深く，その高機能磁性材料への応用が期待されている。しかし，磁化増減機構の定量的理解は深まらず，遷移金属の組み合わせを換える等，合成現場でトライ＆エラーの経験的知見集積が進行するのみである。
我々は，配位子場理論に基づき，四方逆プリズム型８配位モリブデン錯イオン，及び銅イオン，これらが構成するI4/m結晶構造特有のd軌道分裂を見極め，3次元有効ハミルトニアンを構築した。これに基づき，基底状態相図を計算し，常磁性と強磁性の競合を明らかにした。光で交替するこの２つの相意外にも，多彩な反強磁性相があり，その一部は，主役２相の競合に近接して存在する。
次いで，時間依存Schrödinger方程式を数値的に積分し，常磁性状態への光照射効果を理論的に再現した。磁化の単純な発現のみならず，断続的複数回のパルス光照射を模して，段階的磁化の減退プロセス，その定量的再現にも成功した。磁化発現時は電子励起の質的な変化を伴う２段階の光吸収が起こる一方，磁化減退時は光放出を伴う。時間分解一粒子スペクトル関数を計算することでこれを視覚化し，バンド構造の変化を丁寧に追跡した。光誘起強磁性状態を経た非磁性状態は，光照射前の非磁性状態とは質的に異なる可能性が，明らかになってきた。バンド構造，その電子充填に質的な違いが見られる。この相違がどこから来るものか，電子相関，軌道混成，電子充填(金属核置換)等の物性駆動因子を調節することでさらに解明してゆく，これが最終年度の課題，本研究の集大成となる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
光誘起可逆磁性の理論的再現・解釈を目指し，磁化発現過程の理解には当初から確信と勝算をもっていたが，逆プロセス―磁化減退過程―の再現がどこまでできるかについては，手探りであった。それが，段階的磁化減退を定量的に再現できつつあり，その意味で，予想を良い意味で上回る進捗状況と言える。
しかし，磁化状態の変化を促す駆動因子―Dzyaroshinsky-守谷ベクトル―と発現磁化，発現にかかる時間の関係が複雑で，これに一定のルールを見出すことに若干手間取っている。論文にまとめてゆく上で，避けて通れない論点である。
これら２つの状況を総合して，おおむね順調と自己評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
数値的経路積分に膨大な時間がかかることが，研究推進上無視できない負担となっている。基底状態計算は運動量空間での計算にとどまるが，光照射を実演するためには，実空間での計算が必要で，多重積分が重くなる。経路積分とともに蓄積する数値誤差を抑える工夫も必要である。クラスタ計算機の速度は上がっているが，この２年で数倍程度であり，計算作業を劇的に改善するには物足りない。数値計算プロセスを保存することは，容量の観点から絶望的であったが，ハード・ディスク１テラ・バイトが常識となり，断片的にこれを行うことも視野に入る。すなわち，光照射で変化した電子状態，光照射後一定時間を経た電子状態，そのいくつかのパターンを保存することで，『途中から』の計算ができる。３年の計算蓄積を経て，電子状態変化に一定の規則を見つけつつあり，知見を踏まえて，より効率的に，さらに系統的に，終局へ向けての計算を行う。
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Research Products
(8 results)
