ワイヤー状遷移金属クラスターのノンコリニア磁性

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13640328
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 藤間 信久 静岡大学, 工学部, 助教授 (30219042)
• 研究分担者: 小田 竜樹 金沢大学, 理学部, 講師 (30272941)
• キーワード: 第1原理分子動力学法 / 密度汎関数法 / ノンコリニア磁性 / 遷移金属クラスター / カーボンナノチューブ

研究概要

低次元有限系磁性としての興味やナノ磁性材料への応用が注目される、鉄ナノチェーンおよびナノクラスターについて、その構造と磁性をノンコリニア第1原理分子動力学法を用いて理論的に研究し、下記の点について明らかにした。
(1)5量体および6量体のFe直鎖クラスターの構造を最適化し、そこでのノンコリア磁性を明らかにした。6量体では構造が2量体化され、磁気モーメントも2量体単位で反強磁性的(反平行)に配向し、鎖長が大きくなるにつれて次第にノンコリニア磁性が現れる。5量体では原子数が奇数であるため、2量体化が弱い。磁気モーメントは、鎖長が大きいとき強磁性的(平行)に配向し、鎖長が小さくなるにつれて、扇状に開くノンコリニア磁性が現れる。磁気モーメントの大きさはどちらの直鎖クラスターでも3ボーア磁子程度である。
(2)現実の系では重要な問題となる酸化の問題について考えるため、Fe1量体から5量体に酸素原子を付着させた系の構造および磁気モーメントを求めた。O原子の数がFe原子の数より少ない間は強磁性的な大きい磁気モーメントをもつが、O原子がそれ以上になるとFe-O間の超交換相互作用によりFeの磁気モーメントが反強磁性的に配向し、クラスター全体の磁気モーメントは0もしくは微小になる。
(3)直鎖クラスターを安定に存在させるために、カーボンナノカプセルにFe直鎖クラスターを内包させ、その構造と磁気モーメントを求めた。3量体から5量体のFe直鎖クラスターはナノカプセル内で直鎖構造を保ったまま安定に存在することがわかった。磁気モーメントの大きさは裸直鎖クラスターに比べてかなり小さくなる。

研究成果

• [文献書誌] N.Fujima, T.Oda: "Structure and non-collinear magnetism of iron linear chains"Euro.Phys.J.D.. (印刷中). (2003)
• [文献書誌] H.Shiroishi, T.Oda, H.Hamada, N.Fujima: "Structure and magnetism on iron oxide clustes Fenm(n=1-5):Calculation from first principles"Euro.Phys.J.D.. (印刷中). (2003)
• [文献書誌] N.Fujima: "Non-collinear Magnetic Moments of Five-atom Transition Metal Clusters"J.Phys.Soc.Jpn.. 71・6. 1529-1534 (2002)
• [文献書誌] N.Fujima, T.Oda: "Non-collinear Magnetic Moments of Linear Chain Fe Clusters"Trans.MRS-Japan. 27・1. 201-204 (2002)
• [文献書誌] T.Oda, A.Pasquarello: "Ab Inition Molecular Dynamics Investigation of the Structure and the Noncollinear Magnetism in Liquid Oxgen"Phys.Rev.Lett.. 89. 197204(4) (2002)
• [文献書誌] T.Oda, A.Pasquarello: "Strucural and Magnetic Correlations in Liquid Oxygen"J.Phys.Condens.Matter. 15. S89-S94 (2003)
• [文献書誌] 藤間信久(分担執筆:6章): "新しいクラスターの科学"講談杜サイエンティフィク. 255 (2002)