固体酸素の電子状態と圧力誘起複合相転移の機構解明

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09640433
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 鈴木 直 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (40029559)
• 研究分担者: 宮城 宏 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教授 (10029473)
• キーワード: 固体酸素 / フルポテンシャルLMTO法 / 電子帯構造 / 分子性結晶 / 反強磁性状態 / 強磁性状態 / 圧力誘起非金属-金属転移 / 分子解離転移

研究概要

LDA(局所密度汎関数近似)に基づくフルポテンシャルLMTO法を用いて固体酸素の分子相および単原子層の電子状態を体積の関数として計算し次の成果を得た.
分子相
α相、δ相、ζ相の結晶構造を仮定し、格子定数の比は測定値に固定して、体積を235atomic unit(常圧でのα相の体積)から77atomic unit(ζ相の116GPaにおける体積)まで変化させて計算を行った.得られた主な結果は、
1.体積の大きいところすなわち低圧では、反強磁性、強磁性ともに絶縁体であり、また反強磁性の方が安定である.
2.体積減少すなわち圧力増加にともなって、バンドオーバーラップによる金属化が起こり、金属磁性状態が実現される.
3.さらに、体積を減少させると、約80atomic unitで、反強磁性、強磁性ともに解がなくなり、連続的に金属常磁性状態に移行する.
4.従って、約100GPa以上では、分子性の常磁性金属状態が実現されていると考えられる.
単原子層
超高圧で実現されると期待される固体酸素単原子相として、β-Po型構造とBCC構造を仮定して全エネルギーを計算した結果、他のVIb族のTe、Se、Sとは異なって、酸素ではβ-Po型→BCC転移が現実的には起こらないであろうという結果を得た.

研究成果

• [文献書誌] K.Yamaguchi: "Structural properties of molecular solid iodine under pressure : First-principles study of Raman-active Ag modes and hyperfine parameters" Phys.Rev.B. 57 (in press). (1998)
• [文献書誌] M.Otani: "First-Principles Calculations of Electronic Band Structures of High Pressure Phases of Solid Oxygen" Rev.High Press.Sci.Tech.7 (in press). (1998)
• [文献書誌] K.Yamaguchi: "First-Principles Calculations of Hyper Parameters of Solid Iodine under High Pressure" Rev.High Press.Sci.Tech.7 (in press). (1998)
• [文献書誌] N.Suzuki: "Electronic Structure,Electron-Lattice Interaction,and Lattice Dynamics in FCC Solid Bromine" Rev.High Press.Sci.Tech.7 (in press). (1998)
• [文献書誌] T.Kawamoto: "Theoretical Study for Pressure Effects in Orbital Ordering Ferromagnets" Mol.Cryst.Liq.Cryst.306. 169-176 (1997)
• [文献書誌] T.Kawamoto: "Pressure Effects in Ferromagnetism of Orbital Ordering Ferromagnet" J.Phys.Soc.Jpn.67. 2487-2495 (1997)