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: 03240104
• 负责人: 前川 禎通
• 金额: $ 6.4万
• 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: 1991
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1991 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-03240104/
• 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

金属人工格子の巨大磁気抵抗効果に対し、人工格子の界面近傍の不規則配列した磁性原子の存在が重要であることが、前年度の研究に於いて指摘された。この点をふまえ、今年度は、巨大磁気抵抗効果に関し、微視的モデルを用いた計算が重点的になされた。第一に、不規則配列した磁性原子を不純物とみなし、磁気抵抗比の物質依存性が調べられた。Cuを含む人工格子においては、FeとCoの合金属とCu層とからなる人工格子において、大きな磁気抵抗比が得られることが示された。また、遷移金属元素からなる人工格子においては、Fe/Crで巨大磁気抵抗が、Co/RuおよびFe/Ruで比較的大きな磁気抵抗が得られることが示された。以上の計算において、不規則配列した磁性原子の磁気モ-メントとd電子数が、磁気抵抗に対して、重要なパラメ-タであることが指摘された。第二子、界面近傍の不規則配列した原子によるランダムポテンシャルを、層に依存するコヒ-レントポテンシャル近似を用いて取り扱い、磁気抵抗の磁場依存性が調べられた。これらの計算結果は、実験事実と一致しており、したがって、界面近傍の不規則配列した磁性原子が、巨大磁気抵抗に対し重要な役割をはたしていることが確かめられたといえる。第三に、Fe、Co又はNiとCrからなる人工格子に対し、人工格子固有の周期性を取り入れたバンド計算がなされ、それらの電子構造及び磁気的性質が調べられた。この計算においても、界面における不規則性が、磁気抵抗に影響を及ぼすことが指摘された。最後に、Fe3原子層、Cr3原子層とからなるFe/Cr人工格子のフェルミ面がバンド計算によって得られ、フェルミ面の効果のみでも磁気抵抗効果が生じ得ることが指摘された。その定量性については、今後の課題である。磁気抵抗効果以外の研究結果については次の通りである。窒素やボロン(Xと記す)が強磁性鉄(001)面に侵入した人工格子(FeX)_1ー(Fe)_5に対する第一原理からのバンド計算が行われた。その結果、FeX面から離れたFe原子の磁気モ-メントが増加することが示された。遷移金属を含む系に、第一原理分子動力学法を拡張する定式化及びプログラムの拡張、開発が行われた。前段階として、Alが吸着したSi(111)面の構造が、この方法により調べられた。

在前一年的研究中，有人指出人工晶格界面附近不规则排列的磁性原子的存在对于金属人工晶格的巨磁阻效应具有重要意义。基于这一点，今年重点关注巨磁阻效应的微观模型计算。首先，通过将不规则排列的磁性原子视为杂质来研究磁阻比的材料依赖性。在含有Cu的人造晶格中，表明在由Fe和Co的合金以及Cu层制成的人造晶格中可以获得大的磁阻比。此外，在由过渡金属元素制成的人工晶格中，表明Fe/Cr可以获得巨磁阻，Co/Ru和Fe/Ru可以获得相对较大的磁阻。上述计算中指出，不规则排列的磁性原子的磁矩和d电子数是磁阻的重要参数。其次，使用层相关相干势近似处理由于界面附近原子不规则排列而产生的随机势，并研究了磁阻对磁场的依赖性。这些计算结果与实验事实相符，因此可以说证实了界面附近不规则排列的磁性原子在巨磁阻中发挥了重要作用。第三，考虑到人工晶格固有的周期性，对由Fe、Co或Ni和Cr制成的人工晶格进行能带计算，并研究了它们的电子结构和磁性能。在该计算中也指出了界面处的不规则性对磁阻的影响。最后，通过能带计算得到了由Fe3原子层和Cr3原子层组成的Fe/Cr人工晶格的费米面，并指出磁阻效应可以单独由费米面效应引起。其数量性质是一个未来的问题。磁阻效应以外的研究成果如下。对氮和硼（记为X）侵入铁磁铁（001）面的人工晶格（FeX）_1-（Fe）_5进行了第一性原理能带计算。结果表明，远离FeX平面的Fe原子磁矩增大。配方和程序得到扩展和开发，将从头算分子动力学方法扩展到含有过渡金属的系统。作为预备步骤，使用该方法研究了吸附 Al 的 Si(111) 表面的结构。

项目成果

H.Hasegawa: "Effect of Interface Randomness on Electronic and Magnetic Structures of Fe/Cr Multilayers" J.Phys.Cond.Matters. 4. 169-175 (1992)

H.Hasekawa：“界面随机性对 Fe/Cr 多层电子和磁性结构的影响”J.Phys.Cond.Matters。

T.Sasaki: "Li Impurity in ZnSe:Electronic Structure and the Stability of the Acceptor" Phys.Rev.B. 43. 9362-9364 (1991)

T.Sasaki：“ZnSe 中的 Li 杂质：电子结构和受体的稳定性”Phys.Rev.B。

J.Kanamori: "Possibility of the Advent of Giant Magnetic Moment" Prog.of Intl.Symposium on 3d Transition - Semi Metal Thin Films - Magnetism and Processing-. 39-44 (1991)

J.Kanamori：“巨磁矩出现的可能性”Prog.of Intl.Symposium on 3d Transition - 半金属薄膜 - 磁性与加工 -。

T.Oguchi: "Density-Functional Molecular Dynamics Method" Prog.Theor.Phys.Suppl.103. 93-117 (1991)

T.Oguchi：“密度泛函分子动力学方法”Prog.Theor.Phys.Suppl.103。

J.Inoue: "Theory of Magnetoresistance in Magnetic Superlattices" Prog.Theor.Phys.Suppl.106. 187-193 (1991)

J.Inoue：“磁超晶格中的磁阻理论”Prog.Theor.Phys.Suppl.106。