電流及びスピン密度汎関数法に基づく相対論的バンド理論の構築とf電子系への適用

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09640424
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 研究機関: 新潟大学
• 研究代表者: 長谷川 彰 新潟大学, 理学部, 教授 (40004329)
• 研究分担者: 家富 洋 新潟大学, 理学部, 助教授 (20168090)
• キーワード: 相対論的電流スピン密度汎関数理論 / 一電子方程式 / 軌道電流 / スピン分極 / スピン軌道相互作用 / 希土類3価イオン / Hund則

研究概要

f電子系の電子構造に対する軌道電流の影響を調べることを目的とし、電磁場の中におかれた相互作用する電子系に対する半古典的な量子電磁力学のハミルトニアンから出発し、相対論的電流スピン密度汎関数理論を構築した。この新しい理論の枠組の中では、基底状態および基底状態エネルギーは電荷密度と磁気密度により一意的に決まる。一般化されたHohenberg-Kohn定理が成立することを示すことができる。変分原理に基づき、これらの基本変数に関して基底状態エネルギーを最小化することにより、新しいKohn-Sham-Dirac型のセルフコンシステント一電子方程式を導いた。この一電子方程式の有効性を確かめるために、孤立した希土類3価イオンの電子状態の計算に適用した。セルフコンシステントにきめられた内部磁場により、磁気方位量子数による縮退は完全に解ける。すべての占有準位について加えて得られたスピン磁気モーメントと軌道角運動量磁気モーメントはHund則をよく再現する。この結果は、Hund則にはスピン分極効果とスピン軌道相互作用が本質的に重要な役割を果たしていることを示している。定量的に言えば、軌道電流の効果はHund則にわずかな影響しか及ぼさないが、各エネルギー準位のエネルギーをかなり修正することが明らかにされた。この結果は、この方程式を結晶内電子状態の計算に適用したとき、軌道電流が電子構造に及ぼす影響は無視できないことを示している。フェルミオロジーの観点からも、軌道電流のフェルミ面に対する影響を調べることは興味深い。特に、UPt_3のフェルミ面については未だ未知な面が多いが、この物質ではスピン軌道相互作用が大きく、軌道電流の影響も大きいことが予想されるので、軌道電流の効果を考慮に入れてバンド計算を行うことは今後の重要な課題と考えている。

研究成果

• [文献書誌] A.Ishiguro 他: "do Haas-van Alphen Effcct and Fermi Surfacc of USb" J.Phys.Soc.Jpn. 66.9. 2764-2769 (1997)
• [文献書誌] M.Hedo 他: "Magnetoresistance and de Haas-van Alphen Oscillation both in the Normal and Superconducting Mixed States of CeRu2," Philosophical Magazine. 印刷中. (1998)
• [文献書誌] M.Higuchi 他: "Atomic Structures of Rare-Earths and Actinides via Relativistic Current-and Spin-Demsity Functional Theory," J.Magn. & Mater.(印刷中). (1998)
• [文献書誌] M.Higuchi 他: "Atomic Structure Based on a Relativistic Current-and Spin-Density Functional Theory," The Review of High Pressure Sci.snd Tech. 6(印刷中). (1998)
• [文献書誌] T.Maehira 他: "Origin the Frequency Branch γ of the de Haas-van Alphen Effect in CeSn3" J.Magn. & Magn.Mater.140-144(印刷中). (1998)
• [文献書誌] T.Maehira 他: "The Electronic Structure and the Fermi Surface of α-Ce" The Review of High Pressure Sci.and Tech.6(印刷中). (1998)