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希土類元素(R)を含む鉄化合物R_2Fe_<17>やRFe_<12>に窒素(N)や炭素(C)を侵入させたR_2Fe_<17>N(C)_3やRFe_<12>N(C)では、磁化の大きさが増加し、キュリー温度が約2倍高くなるだけでなく、適当なRイオンを選ぶと強い一軸異方性が発現し、現在最も優れた永久磁性材料といわれるSmCo_5やNd_2Fe_<14>Bに匹敵する強磁性材料が得られると期待される。このような強い磁気異方性の起源を第一原理的な計算から明らかにすることが、本研究の目的である。
(1)前年度は、GdCo_5、GdFe_<12>、GdFe_<12>N、Gd_2Fe_<17>、Gd_2Fe_<17>N_3の電子状態をFLAPW法で計算し、希土類元素(Gd)とその周りに侵入した窒素(N)との間の強い共有結合によって、Gdの周りで窒素の方向に電子密度が高くなり、その結果RFe_<12>NやR_2Fe_<17>N_3についてSmCo_5に匹敵する大きな結晶場を生じることを明らかにした。
(2)本年度は、Rイオンの周りの大きな結晶場がどのようなメカニズムで鉄の磁気モーメントを結晶に固定するかを明らかにした。大きな結晶場によってRイオンのf電子系の角運動量が空間的に固定され、Rイオンの強いスピン軌道相互作用によって、f電子系のスピン磁気モーメントが固定される。更に、鉄の3d軌道とRイオンの5d軌道の混成効果のスピンによる違いによって、鉄のスピンとRイオンのf電子スピンが結合する。これらの複雑な結合の大きさを、LMTO方を用いて計算した。
(3)更に、鉄の3d電子のスピン軌道相互作用に起因する磁気異方性の効果をLMTO法を用いて計算した。(3)の効果は(1)(2)のメカニズムに比べると小さいが無視できないことが分かった。
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