金属人工格子に関する理論と設計指針の構築

金属人工晶格理论和设计指南的建立

• 批准号: 04224104
• 负责人: 前川 禎通
• 金额: $ 6.53万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1992
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1992 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-04224104/
• 关键词: 金属人工格子; 巨大磁気抵抗; 電子構造; 分子動力学; 人工格子界面; 電気抵抗; Fe; Cr人工格子; 磁気構造

金属人工格子の特徴の一つは、それが多層構造を持つこと、もう一つは、金属電子の持つスピンと電荷とが各々独立に重要な役割を果たすということであろう。金属人工格子における垂直磁気異方性、磁性層間の交換結合などの新しい現象は、多層構造とスピンの自由度からもたらされていると考えられる。また巨大磁気抵抗効果は、層状構造、スピンおよび電荷が絡み合って生み出されている。これらの現象は、金属人工格子の電子構造と密接に関係している。本研究の特徴は、金属人工格子の物性が、電子構造と関連づけられて微視的立場から研究されている点にある。まず、巨大磁気抵抗効果に関して、以下の事柄が明らかにされた。界面近傍の原子配列の乱れによって生ずる、スピンに依存した不規則ポテンシャルが磁気抵抗に重要であることを指摘され、巨大磁気抵抗効果の物質依存性が電子構造と関連づけられて調ベられた。この界面近傍の不規則性と磁気抵抗の関係は、コヒーレントポテンシャル近似と久保公式を用いて調べられている。これらの結果は、どのような金属の組合せで、どのように界面を制御すれば良いかの指針を与えてくれると考えられる。また磁気抵抗効果の温度依存性も調べられ、磁気抵抗効果が大きければ大きいほどその温度依存性も大きくなることが示された。更に、LMTO法による電子構造の計算がFe/Cr人工格子に対してなされ、フェルミ速度の磁場依存性が磁気抵抗効果に影響を与え得ることが示された。金属人工格子は層状構造を持つため、層に平行な電流と垂直の電流とでは、磁気抵抗効果が異なる。最近では粒状不規則性を持つ薄膜においても、巨大磁気抵抗効果が測定されている。今年度においては、これらの現象を取り扱う理論的手法が開発された。金属人工格子の磁性に関する研究成果としては、以下の事柄があげられる。CoまたはFeと貴金属からなる多層膜の電子構造がLMTO法により計算され、その垂直磁気異方性エネルギーが価電子の関数として表されることが示された。また磁性層間の磁気的結合に関する定量的計算も進められている。近来、窒化鉄の薄膜において鉄原子が巨大磁気モーメントをもつとの報告がなされている。種々のFe-N人工格子の電子構造、磁性および内部磁場分布の計算が局所密度汎関数法によりなされている。特にFe_4Nにおいて、金属・絶縁体転移の前駆的ふるまいのあることが見いだされた。既に述べたように、人工格子の物性に対し、界面近傍の原子配列の様子が重要である。電子論に基づいて第一原理から原子配列を決定する手法の開発が、APW法または擬ポテンシャル法と分子動力学を組みあわせて進められている。この方法が銅薄膜の構造最適化に用いられている。この分野の研究は徐々にではあるが進んでおり、上述の手法がd電子を含む系に適用され始めたのが成果といえる。

金属人工晶格的特征之一是它们具有多层结构，另一个是金属电子的自旋和电荷独立起着重要的作用。人们认为，金属人工晶格中的垂直磁各向异性等新现象和磁性层之间的交换耦合是由多层结构和旋转自由度带来的。巨大的磁化效应还通过交织的分层结构，旋转和电荷产生。这些现象与金属人工晶格的电子结构密切相关。这项研究的一个特征是，金属人工晶格的物理特性与电子结构有关，并从微观的角度进行了研究。首先，关于巨型磁势效应的揭示了以下问题。有人指出，由界面附近的原子布置引起的自旋依赖性不规则电位对于磁磁性很重要，并且根据电子结构的关系调整了巨型磁阻效应的材料依赖性。使用相干电位近似与库博公式研究了界面附近的不规则性与磁倍率之间的关系。人们认为这些结果可以提供有关哪种金属组合以及如何控制界面的指导。还研究了磁阻效应的温度依赖性，并表明磁阻效应越大，温度依赖性越大。此外，通过LMTO方法对电子结构进行计算，在Fe/Cr人工晶格上进行，表明费米速度的磁场依赖性会影响磁势效应。由于金属人工晶格具有分层结构，因此平行于层的电流和垂直于层的电流之间的电流效应不同。最近，即使在具有颗粒状不规则的薄膜中，也已经测量了巨大的磁化效应。今年，已经开发了理论方法来处理这些现象。有关金属人工晶格的磁性的研究结果包括以下内容：通过LMTO方法计算了由CO或Fe和贵金属制成的多层膜的电子结构，并表明其垂直磁各向异性能量以价值为单位表示。关于磁层之间的磁耦合的定量计算也正在进行。最近，据报道，铁原子在氮化铁薄膜中具有巨大的磁矩。通过局部密度功能方法计算了各种Fe-N人工晶格的电子结构，磁性和内部磁场分布。特别是，发现FE_4N中金属 - 绝缘体过渡的前体行为。如前所述，就界面附近的原子布置而言，人造格子的物理特性很重要。通过将APW或伪能力方法与分子动力学相结合，可以通过基于电子理论来确定基于电子理论的原理原理的方法的开发。该方法用于优化铜薄膜的结构。该领域的研究正在逐渐发展，但可以说，上述方法已开始应用于含有D电子的系统。

项目成果

M.Takeda: "Calculated hyperfine fields of light interstitials in Fe" Hyperfine Int.,. 70. (1993)

M.Takeda：“计算铁中光间隙的超精细场”Hyperfine Int.，。

Y.Asano: "Mumerical study of the conductance in magnetic superlattice" J.Magn.Magn.Mat.,. (1993)

Y.Asano：“磁超晶格电导的数值研究”J.Magn.Magn.Mat.，。

H.Nakanishi: "Interfacial roughness and giant magnetoresistance in metallic multilayers" J.Magn.Magn.Mat.,. (1993)

H.Nakanishi：“金属多层膜中的界面粗糙度和巨磁阻”J.Magn.Magn.Mat.，。

Y.Yamamoto: "Numerical stabilization of first-principles molecular dynamics method for metals" Phys.Rev.B. 46. 13596-13598 (1992)

Y.Yamamoto：“金属第一原理分子动力学方法的数值稳定性”Phys.Rev.B。

J.Inoue: "Transport properties in magnetic superlattices" J.Phys.Soc.Jpn.61. 1149-1152 (1992)

J.Inoue：“磁性超晶格中的传输特性”J.Phys.Soc.Jpn.61。