内殻励起状態の第一原理計算法の開発とX線分光スペクトルへの適用

内壳层激发态第一性原理计算方法的发展及其在X射线光谱中的应用

基本信息

批准号：
19019001
负责人：
五十嵐潤一
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Ibaraki 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：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

内殻励起スペクトルの第一原理計算の確立をめざして、内殻正孔ポテンシャルの遮蔽効果を研究し以下の成果を得た。1. X線光電子分光(XPS)スペクトルの第一原理計算プログラムの開発をすすめた。今年度はプログラムの改良を進め、前年度のFeの計算に引き続き、強磁性CoおよびNi 3s内殻XPSスペクトルの解析を行い、実験結果をよく説明した。この方法の特徴は、光電子の生成により内殻正孔ができたときのポテンシャルのもとで、1電子波動関数をバンド計算により求め、その結果をもとに電子分布を変えることで励起状態を構成し、内殻正孔のない1電子波動関数との重なり積分を計算することにより、XPSスペクトルを求める点にある。内殻正孔1個を含むスーパーセルを用いたAPW法によりバンド計算を行い、波動関数を求める。この成功により、多くの内殻XPSスペクトルの第一原理計算への道が開けたと考えられる。2. 軌道秩序を示す典型物質であるLaMnO3のMn-K吸収端近傍における共鳴非弾性X線散乱(RIXS)スペクトルをTight-binding模型を用いて詳しく解析し、その入射エネルギー及び偏光依存性の全容を解明した。中間状態に存在する正孔ポテンシャルを遮蔽するためにMn 3d電子による電荷励起が形成され、終状態に残る。基底状態はハートレーフォック近似に基づき、電荷励起に対しては乱雑位相近似(RPA)を用いて電子相関を取り扱った。従来考えられていた4p-3dクーロン相互作用によるorbiton励起によるスペクトルの解釈の誤りを正し、実験結果をよく説明した。この研究成果により、第一原理計算の有力な方法であるGW近似法を用いた計算への道筋がつけられた。

为了建立核心激励谱的第一性原理计算，我们研究了核心空穴电位的屏蔽效应，得到了以下结果。 1. 我们开发了X射线光电子能谱（XPS）光谱的第一原理计算程序。今年，我们继续改进了程序，继去年Fe的计算之后，我们分析了铁磁性Co和Ni 3s核的XPS谱，并很好地解释了实验结果。该方法的特点是通过光电子产生产生内壳空穴时的电势下的能带计算来确定单电子波函数，并根据结果改变电子分布来确定激发态。重点是通过无核心孔的单电子波函数计算重叠积分来获得XPS谱。使用包含一个核心孔的超级晶胞，通过 APW 方法进行能带计算，并确定波函数。这一成功被认为为许多核心 XPS 光谱的第一原理计算铺平了道路。 2. 利用紧束缚模型，详细分析了典型轨道有序材料LaMnO3 Mn-K吸收边附近的共振非弹性X射线散射（RIXS）谱，并研究了整个入射能量和偏振依赖性得到澄清。 Mn 3d 电子形成电荷激发，以屏蔽中间态中存在的空穴电势并保持在最终态。基态基于 Hartley-Fock 近似，并使用电荷激发的随机相位近似 (RPA) 来处理电子相关性。我们纠正了之前认为的由于4p-3d库仑相互作用引起的轨道子激发而对光谱的误解，并很好地解释了实验结果。这项研究的结果为使用 GW 近似方法进行计算铺平了道路，这是第一性原理计算的强大方法。