遷移金属化合物における共鳴X線分光の第一原理計算に基づく理論解析

基于过渡金属化合物共振X射线光谱第一性原理计算的理论分析

基本信息

  • 批准号:
    15740196
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.09万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
  • 财政年份:
    2003
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2003 至 2005
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

遷移金属やその化合物の中には長周期の電子構造をとるものがある。また、機能性材料となる遷移金属人工多層膜も結晶構造に由来して長周期の電子構造をとる。そのような電子構造を直接観測する手段として遷移金属のL-吸収端共鳴X線散乱を応用した場合、電子構造についてどのような知見が得られるか3d遷移金属を例に第一原理バンド計算を利用して理論的考察を行った。L-吸収端の場合、遷移金属の3d状態の情報が直接的に得られる、X線の波長が長いため長周期構造を見るのに適しているという特徴がある。一方で、高真空中で実験しなければならない、表面の状態に影響されやすいなどの問題点もある。そのため、理論的な考察が必要不可欠である。本研究ではスピン密度波状態をとる金属クロムにおけるL-吸収端共鳴X線散乱スペクトルを考察した。その結果、電荷密度波に対応するブラッグ反射点において体心立方格子の基本ブラッグ反射点における散乱強度に匹敵するほどの非常に強い共鳴散乱強度が観測され得ることが分かった。この散乱強度はCrの3d状態のうち非占有状態の局所部分状態密度の空間変化によって生じているが、その空間変化は主に正弦型スピン密度波に起因する交換ポテンシャルの空間変化によるものであることが結論づけられた。従って、Crの場合には交換ポテンシャルの空間変化が電荷密度波の第一義的な原因になっているとしても、電荷密度波による電荷の空間変化を直接に見ているとは言い難い。一方、螺旋型スピン密度波の場合には、交換ポテンシャルは空間変化しないので、3d状態の局所部分状態密度の空間変化はなくなるのでX線散乱強度は非常に弱くなり、散乱強度のアジマス角依存性も正弦型スピン密度波の場合と異なったものになることが期待される。それ故、スピン密度波が正弦型であるか螺旋型であるかを判定する手段としてL-吸収端共鳴散乱が有効であることが示唆される。
一些过渡金属及其化合物具有长周期电子结构。此外,过渡金属人工多层膜作为功能材料,由于其晶体结构也具有长周期电子结构。通过应用过渡金属的 L 吸收边共振 X 射线散射作为直接观察电子结构的手段,可以得到关于电子结构的哪些知识?以 3D 过渡金属为例进行第一性原理能带计算。均采用该方法进行。在L吸收边的情况下,可以直接获得过渡金属3D状态的信息,并且X射线的长波长使其适合观察长周期结构。另一方面,还存在其他问题,例如需要在高真空中进行实验以及容易受到表面条件的影响等。因此,理论上的考虑是必不可少的。在本研究中,我们考虑了具有自旋密度波态的金属铬的 L 边共振 X 射线散射光谱。结果发现,在对应于电荷密度波的布拉格反射点处可以观察到与体心立方晶格的基本布拉格反射点处的散射强度相当的非常强的共振散射强度。这种散射强度是由Cr的3D态中未占据态的局部部分态密度的空间变化引起的,并且这种空间变化主要是由于正弦自旋密度波引起的交换势的空间变化。因此,就Cr而言,尽管交换电势的空间变化是电荷密度波的主要原因,但很难说我们直接观察到电荷密度波引起的电荷空间变化。另一方面,在螺旋自旋密度波的情况下,交换势在空间上不发生变化,因此3D态的局部部分态密度没有空间变化,因此X射线散射强度变得非常弱,并且散射强度的方位角依赖性预计与正弦自旋密度波的方位角依赖性不同。因此,表明L边缘共振散射作为确定自旋密度波是正弦波还是螺旋波的手段是有效的。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
M.Takahashi, J.Igarashi: "Ab initio calculation of X-ray magnetic circular dichroism spectra"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. (In press). (2004)
M.Takahashi、J.Igarashi:“X 射线磁圆二色光谱的从头算”磁性与磁性材料杂志。
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