STM探針を金属表面に押し付け、探針を引き上げるとそこには、断面が数個の原子からなる架橋状の構造(原子架橋)が形成される。架橋に垂直方向の電子状態は、量子化されるため、この系では、コンダクタンスが量子化されることが知られている。単一バンド・ハバード模型を用いて、電子間クーロン相互作用に起因するサブバンド間散乱のため、コンダクタンス・プラトーのステップ近傍で、有限温度では、このコンダクタンスの量子化が著しく崩れることを見出した。また、有限系での数値対角化法および、無限系でのハートリー・ホック近似法を用いて、探針操作による磁性状態変化、およびその時のコンダクタンス変化を予言した。さらに、第一原理電子状態計算を援用して鉄1原子鎖、2原子鎖の安定構造を見出した。特に後者の構造において、鉄・ニッケル合金化した時の、磁性状態およびスピン依存電気伝導性について明らかにした。すなわち、平均磁気モーメントは、Slater-Pauling曲線上の対応するバルク合金中での値に比べ、大きくなる。また、多数スピン電子の電気伝導への寄与は、Ni混合比に依存せず、少数スピン電子の寄与は、Ni混合比に敏感に変動することを見出した。これらの特性は、多数スピン電子と少数スピン電子のd-bandおよびs-bandの合金化によるエネルギー変化から理解することができ、原子架橋のスピン依存量子化電気伝導およびそのスピン偏極度の制御が可能であることを示した。この知見を応用すれば、スピンエレクトロニクスで有用な、バリスティック・スピン伝導体を設計できる。
|