2016 Fiscal Year Annual Research Report
Electronic and magnetic property tuning of ZrCuSiAs-type compounds via hydrogen-substituion
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25810035
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
松石 聡 東京工業大学, 元素戦略研究センター, 准教授 (30452006)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 水素アニオン / 層状化合物 / 電子ドーピング / 金属・絶縁体転移 / 混合アニオン化合物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
酸素イオンの水素アニオン置換により反強磁性絶縁体-強磁性金属転移を示すランタンマンガン砒素酸水素化物LaMnAsO1-xHxについて、AsサイトへのSb置換効果の確認と、磁気測定、紫外光電子分光測定および密度汎関数理論計算による電子状態の解析を行った。Sbなしの場合、酸素サイトへの水素置換率は最大70%程度に達し、転移温度200 K以上の強磁性が現れるが、Sb置換した場合、置換量の増加に伴い水素の固溶限界量が低下した結果、転移温度の最高値は更新できず、高Sb領域ではむしろ低下してしまった。不純物が少なく、水素置換量が高いLaMnAsO0.36H0.64について、2-350 Kの温度範囲で詳細な磁化測定を行い、強磁性領域での自発磁化と常磁性領域での磁化率を求めた。2 Kでの自発磁化の値はMn原子当たり1.66 ボーア磁子であり、これは、200 Kの転移温度以上の磁化率から求められた2.29よりも小さく、本系が水素置換により導入された伝導電子の媒介により、Mn3d局在スピンが整列する磁性半導体的な機構というよりも、Mn3d軌道間の直接的な相互作用がスピン偏極した伝導帯を形成し、遍歴電子磁性体となっていることを示唆している。一般的によく用いられるPBE汎関数を用いた計算では水素置換量にともない、強磁性状態が安定化する傾向は見られたものの、水素全置換の場合も反強磁性状態が安定であった。一方、物性の再現性が良いとされるHSEハイブリッド汎関数を用いると、置換率50%でエネルギーが逆転し、強磁性転移が再現された。光電子分光で観測された価電子帯形状は価電子帯の状態密度計算の結果と良い一致が見られ、HSE計算の結果を支持するが、自発磁化の計算値は実測の2倍程度になってしまう。このことは、現実の系ではスピンのゆらぎ等によって磁気モーメントが弱められている可能性を示唆している。
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