研究課題
鉄系のホイスラー合金であるCo2FeGa0.5Ge0.5(CFGG)結晶について第一原理バンド計算を行った。モデルとしては、水平方向にはCFGGの2単位繰り返しを基本とした(3×1)構造とし、Fe、Ga、Geで終端した表面に8×2構造のグラフェンを整合させるモデルを用いた。裏面も同じ構造でグラフェンを整合させ、構造での偽効果を排除した。表面間の相互作用を防ぐため20Åの真空層を設けた148原子スラブモデルを用いてすべての電子・陽電子計算を行った。モデル全体の構造最適化を行った所、CFGG表面とグラフェン層の間隔は2.9Åとなりファンデルワールス力結合距離となった。計算にはABINITコードを用いたPAW法を使用している。グラフェン層のみの電子状態密度を抽出した所、やや基板との間にd-sp軌道混成がみられる物の、グラフェンとしての特徴であるディラックコーンをほぼ残しており、スピントロニクス材料としての性質が失われていない事が示唆された。ポジトロニウム(Ps)の生成確率を推定するため、モデルにおける陽電子密度を導出し電子密度との密度積を求めた。通常の固体では表面から真空に張り出してくる電子と陽電子が作用するのが支配的であるが、本モデルではそれに加えCFGG層とグラフェン層との間でも電子・陽電子の相互作用が認められ、固体内で電子・陽電子が再結合しPs生成に寄与出来ない事が予想された。これはスピン偏極Ps分光実験においてPsの生成率が低いという実験事実と整合する。また、電子・陽電子密度積をPsの仕事関数(|ΦPs|)のエネルギー範囲で積分すると、CFGGのみの場合は12%程度のスピン偏極率を持つのに対し、CFGG表面にグラフェンが乗った場合はわずか2%程度まで低減しており、スピン注入効率が低い事が分かった。これは、スピン偏極Ps分光実験から得られたスピン偏極率ともよく整合した。
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