アクチナイド化合物の高エネルギ-分光理論

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02216206
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 小谷 章雄 東北大学, 理学部, 教授 (90029504)
• 研究分担者: 岡田 耕三 東北大学, 理学部, 助手 (70194355)
• キーワード: 内穀光電子スペクトル / X線吸収スペクトル / 不純物アンダ-ソン模型 / アクチナイド二酸化物 / 交換相互作用 / 混合原子価状態 / 多重項構造 / 混成相互作用

研究概要

1.ThO_2からBkO_2に至る一連のアクチナイド二酸化物の4f内穀光電子スペクトル(XPS)を不純物アンダ-ソン模型を用いて解析した。これは、我々が既に行った希土類酸化物シリ-ズの3dーXPSの解析の延長上にあるが、アクチナイドの特性を考慮し、出来るだけ多くの5f電子配置をとり入れること、5f電子間のク-ロン相互作用Uの他に交換相互作用Jも考慮すること等の拡張を行った。特に、5f電子数の増加に伴って、Jの効果が本質的に重要となることがわかった。この解析から、PuO_2、BkO_2は強い混合原子価状態にあること、AmO_2CmO_2は5f電子数が3価状態に近いこと等の興味ある事実が明らかにされた。また、ThO_2〜NpO_2はモット・ハバ-ド型もしくは中間型の絶縁体であるのに対して、PuO_2〜BkO_2は電荷移動型の絶縁体であることが示された。価電子XPSやBISの計算も部分的に実行された。
2.ThからNoに至る一連のアクチナイド元素に対して、3価の自由イオン状態における4dおよび5d内穀電子のX線吸収スペクトル(XAS)を計算し、その多重項構造を明らかにした。特に、4dーXASの4d_<5/2>と4d_<3/2>の成分の強度比が、LS結合の極限よりもjj結合の極限に近いことを見出し、スピン・軌道相互作用の重要性を指摘した。次に、これらのXASに対する磁気二色性を直線偏光と円偏光の両方に対して求めた。これは、初めての計算結果で、今後の実験研究のための一つの指針となることが期待される。
3.XASに対する固体の効果を知るため、2の計算を原子間電子移動効果(混成相互作用V)を含むように拡張し、U化合物の5dーXASの多重項構造がVの大きさとともにどのように変化するかを明らかにした。この計算には、1でXPSの解析の対象となったUO_2も含まれ、そのXAとの計算結果は実験デ-タの特徴をかなり良く再現している。

研究成果

• [文献書誌] 小谷 章雄: "Theory of Cu 2p Core XPS,XES and XAS in HighーT_c Superconducting Materials" Physica Scripta. 41. 569-573 (1990)
• [文献書誌] J.C.Parlebas: "ElectronーElectron Correlation,Resonant Photoemission and XーRay Emission Spectra" Progress of Theoretical Physics,Supplement. 101号. 271-302 (1990)
• [文献書誌] 小谷 章雄: "CoreーLevel Spectroscopy in HighーT_c Superconductors" Progress of Theoretical Physics,Supplement. 101号. 329-351 (1990)
• [文献書誌] 小笠原 春彦: "Theory of xーrayーabsorption spectra in PrO_2 and some other rareーearth compounds" Physical Review B. 43. 854-859 (1991)
• [文献書誌] 山崎 孝男: "Systematic Analysis of 4f Core Photoemission Spectra in Actinide Oxides" Journal of The Physical Society of Japan. 60. (1991)
• [文献書誌] 小笠原 春彦: "Calculation of Magnetic XーRay Dichroism in 4d and 5d Absorption Spectra of Actinides" Physical Review B.