| 研究実績の概要 |
研究期間全体を通して、様々なパイロクロア酸化物において価電子帯最上部にフラットバンドが生じることを示して来た。フラットバンドが出現する物質の設計指針を構築し、それに従って、Pb2Nb2O7をはじめとする様々な物質でフラットバンドが出現することを示して来た。パイロクロア格子上のフラットバンド模型において強磁性、超伝導、トポロジカル物性などが理論的に示唆されていることを考えるとこの結果は重要だと考える。ただし、フラットバンドに由来する興味深い物性、例えば強磁性を発現させるにはホールドープしてフェルミ準位をフラットバンド内に移動させる必要があり、そこに実験的な困難があった。
最終年度、我々はネイプルイエローの顔料として知られるPb2Sb2O7の電子状態を計算した。この化合物はPb-s軌道とSb-s軌道がそれぞれほぼ独立にフラットバンド（それぞれFB1,FB2とする）を構成し、しかもエネルギー的に少しオーバーラップしている。そのため、FB1から若干の電子がFB2に流れる。これにより、元素置換をしなくてもFB1に自然にホールがドープされる（セルフドーピング）ことがわかった。スピン偏極した第一原理計算を行った結果、この系は確かに強磁性を示すことがわかった。また、実験的に菱面体晶になるという報告があることから、菱面体晶の歪みを加えた計算も行なった。その結果、確かに立方晶(Fd-3m)より菱面体晶(R-3m)の方が安定であることがわかった。この場合FB1は分裂するが、しかしそれでも強磁性が安定であった。すなわち、この系の強磁性は菱面体晶歪みに対してもロバストである。この結果を論文にまとめ、Scientific Reports誌(Q1, IF=4.996)で報告した。
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