JP5419121B2 - ハーフメタリック反強磁性体 - Google Patents
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Description
この様なハーフメタリック反強磁性体として、従来、種々の物質が提案されている。例えば、ピケットは、2重ペロフスカイト構造を有するSr2VCuO6、La2MnVO6、La2MnCoO6について電子状態計算を行ない、これらの金属間化合物の内、La2MnVO6がハーフメタリック反強磁性を示す可能性があることを予言した(非特許文献2参照)。
又、本発明者らは、半導体を母体とした種々の反強磁性ハーフメタリック半導体を提案し(非特許文献3乃至7参照)、特許出願中である(特許文献1及び2参照)。本発明者らが提案している反強磁性ハーフメタリック半導体は、例えばII−VI族化合物半導体やIII−V族化合物半導体のII族原子やIII族原子を2種類以上の磁性イオンで置換したものである。具体的には、(ZnCrFe)S、(ZnVCo)S、(ZnCrFe)Se、(ZnVCo)Se、(GaCrNi)N、(GaMnCo)N等を提案している。
そこで、本発明の目的は、化学的に安定で、然も安定な磁気構造を有するハーフメタリック反強磁性体を提供することである。
又、3種類以上の磁性元素とカルコゲン或いはプニクトゲンとから構成されているハーフメタリック反強磁性体、例えば組成式(ABC)X2(A、B及びCは磁性元素)で表わされるハーフメタリック反強磁性体においても、2種類の磁性元素とカルコゲン或いはプニクトゲンとから構成されているハーフメタリック反強磁性体と同様にして、有効d電子数の総和を求めることが出来る。尚、(A0.5B0.5C)X2の如く(AC)X2と(BC)X2とがそれぞれ固溶体を形成しているハーフメタリック反強磁性体においても、同様にして有効d電子数の総和を求めることが出来、例えば磁性元素AがV、磁性元素BがMn、磁性元素CがFe、Xがカルコゲンである場合には、磁性元素A、B及びCの全価電子数の総数は14個(=5×0.5+7×0.5+8)となり、磁性元素A、B及びCの有効d電子数の総和は10となる。
組成式ABX2(A及びBは磁性元素、Xはカルコゲン或いはプニクトゲン)で表わされる化合物は非磁性状態では、図38に示す如く磁性元素A及び磁性元素Bのs状態及びp状態が元素Xのs状態及びp状態と作る結合sp状態及び反結合sp状態がそれぞれバンドを形成しており、その間に磁性元素Aのd状態及び磁性元素Bのd状態からなるバンドが形成されている。
磁性元素Aのd軌道及び磁性元素Bのd軌道は、電子間相互作用によりスピン分裂する。このとき、磁気的状態としては、磁性元素Aの局所磁気モーメントと磁性元素Bの局所磁気モーメントとが互いに平行に向いている状態と反平行に向いている状態とが考えられる。尚、局所磁気モーメントがばらばらな方向を向いている常磁性状態や、その他の複雑な状態も考えられるが、局所磁気モーメントが平行に向いている状態と反平行に向いている状態の2つの状態について検討すれば十分である。
(数1)
E1=−|t|2/D
ここで、Dは磁性元素Aと磁性元素Bのd軌道のエネルギー差であり、磁性元素Aと磁性元素Bの有効d電子数の差が大きい程大きな値をとる。
以上のことから、上記本発明に係る化合物は、ハーフメタリック反強磁性が基底状態で発現する可能性が高いと言える。本発明に係る化合物においてハーフメタリック反強磁性が発現することは、後述の如く第1原理電子状態計算により確認されている。
尚、2種類の磁性元素の有効d電子数の和が10に近い値である場合には、両磁性元素の磁気モーメントの大きさが僅かに異なるため、全体として僅かに磁性を有するフェリ磁性が発現することになると考えられるが、本願特許請求の範囲及び明細書においては、「反強磁性体」に「フェリ磁性体」が含まれるものとする。
又、磁性イオンとカルコゲン或いはプニクトゲンとの化学結合が強いため、カルコゲン或いはプニクトゲンを介した磁性イオン間の化学結合も強い。ここで、磁気的結合は化学結合の内、磁気モーメントによるものであり、化学結合が強ければ磁気的結合も強いと言える。従って、本発明に係るハーフメタリック反強磁性体は、磁気的結合が強く、磁気的構造は安定であると言える。
又、3種類の磁性元素の組合せがMnとVとCoであるハーフメタリック反強磁性体は、例えば組成式(Mn0.5V0.5)(Co0.5Mn0.5)X2(Xはカルコゲン)で表わされ、Mn、V及びCoの有効d電子数はそれぞれ5個、3個及び7個であるので、Mn0.5V0.5の有効d電子数は4個、Co0.5とMn0.5の有効d電子数は6個となり、有効d電子数の総和は10となる。
本発明に係るハーフメタリック反強磁性体は、ニッケルヒ素型、閃亜鉛鉱型、ウルツ鉱型、カルコパイライト型或いは岩塩型の結晶構造を有する金属間化合物であって、2種類以上の磁性元素とカルコゲン或いはプニクトゲンとから構成されている。前記2種類以上の磁性元素には、有効d電子数が5より少ない磁性元素と有効d電子数が5より多い磁性元素とが含まれ、前記2種類以上の磁性元素の有効d電子数の総和は10或いは10に近い値である。ここで、カルコゲンは、S、Se、Te及びPoの何れかの元素である。一方、プニクトゲンは、N、As、Sb及びBiの何れかの元素である。
3種類の遷移金属元素とカルコゲンとから構成することも可能であって、3種類の磁性元素は、CoとTiとCr、VとFeとNi、FeとMnとV、CrとMnとCo及びMnとVとCoの群より選ばれた何れか1つの組合せである。又、3種類の遷移金属元素Co、Fe、Crとプニクトゲンとから構成することも可能である。更に、4種類の遷移金属元素TiとCrとNiとFeとカルコゲンとから構成することも可能である。
又、磁性イオンとカルコゲン或いはプニクトゲンとの化学結合が強いため、カルコゲン或いはプニクトゲンを介した磁性イオン間の化学結合も強い。ここで、磁気的結合は化学結合の内、磁気モーメントによるものであり、化学結合が強ければ、磁気的結合も強いと言える。従って、本発明に係るハーフメタリック反強磁性体は、磁気的結合が強く、磁気的構造は安定であると言える。
更に、本発明に係るハーフメタリック反強磁性体は、上述の如く容易に調整することが出来る。
反強磁性体においては、磁壁に相当する概念は反強磁性ドメイン境界(ドメインバウンダリ)と称される。図37に示す如き磁気構造を有する反強磁性体においては、上向きスピン及び下向きスピンの順番が入れ替わる位置が反強磁性ドメイン境界である。図中の左側から電流を流すとドメインバウンダリで電子散乱が起こるため、電気抵抗が大きくなる。特にハーフメタリック反強磁性体においては、ハーフメタルであるという性質によってバウンダリの左側と右側で金属的である電子スピンの向きが変わるので、原理的にはバウンダリが存在すれば電流は流れなくなる。一方、バウンダリで電子散乱が起こるため、電子系に運動量変化が生じるが、この運動量変化による力積はバウンダリ自体が電流から受ける力となるため、バウンダリの移動が起こる。このバウンダリ移動現象を用いてMRAMを作製することが出来る。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、カルコパイライト型の結晶構造を有し、組成式(CrFe)Po2で表わされる金属間化合物である。
本発明者らは、本実施例の金属間化合物がハーフメタリック反強磁性を有することを確認すべく第1原理電子状態計算を行なった。ここで、第1原理電子状態計算の方法としては、KKR(Korringa-kohn-Rostoker)法(グリーン関数法とも呼ばれる)とCPA(Coherent-Potential Approximation:コヒーレント・ポテンシャル近似)法とLDA(Local-Density Approximation:局所密度近似)法とを組み合わせた公知のKKR−CPA−LDA法を採用した(月刊「化学工業 Vol.53, No.4(2002)」pp.20-24、「システム/制御/情報 Vol.48, No.7」pp.256-260)。
又、カルコゲンであるPoは2価であるので、Cr及びFeの有効d電子数はそれぞれ4個及び6個となり、有効d電子数の総和は10となる。上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が等しかったことから、FeとCrが互いの磁気モーメントを打ち消し合って全体として磁化が0になっていると言える。
以上の結果から、本実施例の金属間化合物はハーフメタリック反強磁性を有すると言える。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、カルコパイライト型の結晶構造を有し、組成式(CrFe)S2で表わされる金属間化合物である。
図2は、カルコパイライト型(CrFe)S2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、点線はCrの3d軌道位置での局所状態密度、破線はFeの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が等しかったことから、全体として磁化が0になっていると言える。従って、本実施例の金属間化合物はハーフメタリック反強磁性を有すると言える。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、カルコパイライト型の結晶構造を有し、組成式(CrFe)Se2で表わされる金属間化合物である。
図3は、カルコパイライト型(CrFe)Se2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、点線はCrの3d軌道位置での局所状態密度、破線はFeの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が等しかったことから、全体として磁化が0になっていると言える。従って、本実施例の金属間化合物はハーフメタリック反強磁性を有すると言える。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、カルコパイライト型の結晶構造を有し、組成式(CrFe)Te2で表わされる金属間化合物である。
図4は、カルコパイライト型(CrFe)Te2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、点線はCrの3d軌道位置での局所状態密度、破線はFeの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が等しかったことから、全体として磁化が0になっていると言える。従って、本実施例の金属間化合物はハーフメタリック反強磁性を有すると言える。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、カルコパイライト型の結晶構造を有し、組成式(VCo)S2で表わされる金属間化合物である。
図5は、カルコパイライト型(VCo)S2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、点線はVの3d軌道位置での局所状態密度、破線はCoの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。
図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、カルコゲンであるSは2価であるので、V及びCoの有効d電子数はそれぞれ3個及び7個となり、有効d電子数の総和は10となる。上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が等しかったことから、CoとVが互いの磁気モーメントを打ち消し合って全体として磁化が0になっていると言える。
以上の結果から、本実施例の金属間化合物はハーフメタリック反強磁性を有すると言える。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、カルコパイライト型の結晶構造を有し、組成式(VCo)Se2で表わされる金属間化合物である。
図6は、カルコパイライト型(VCo)Se2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、点線はVの3d軌道位置での局所状態密度、破線はCoの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が等しかったことから、全体として磁化が0になっていると言える。従って、本実施例の金属間化合物はハーフメタリック反強磁性を有すると言える。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、岩塩型の結晶構造を有し、組成式(CrFe)S2で表わされる金属間化合物である。
図7は、岩塩型(CrFe)S2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、点線はCrの3d軌道位置での局所状態密度、破線はFeの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が等しかったことから、全体として磁化が0になっていると言える。従って、本実施例の金属間化合物はハーフメタリック反強磁性を有すると言える。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、岩塩型の結晶構造を有し、組成式(VCo)S2で表わされる金属間化合物である。
図8は、岩塩型(VCo)S2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、点線はVの3d軌道位置での局所状態密度、破線はCoの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が等しかったことから、全体として磁化が0になっていると言える。従って、本実施例の金属間化合物はハーフメタリック反強磁性を有すると言える。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、ニッケルヒ素型の結晶構造を有し、組成式(CrFe)Se2で表わされる金属間化合物である。
図9は、ニッケルヒ素型(CrFe)Se2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、点線はCrの3d軌道位置での局所状態密度、破線はFeの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が等しかったことから、全体として磁化が0になっていると言える。従って、本実施例の金属間化合物はハーフメタリック反強磁性を有すると言える。
又、反強磁性状態から常磁性状態に移行する磁性転移温度(ネール温度)を計算すると、1094Kであった。ここで、ネール温度は、クラスター(Cluster)近似を用いた公知の方法によって算出した(J.Phys.:Condens. Matter 19(2007)365233)。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、ウルツ鉱型の結晶構造を有し、組成式(CrFe)S2で表わされる金属間化合物である。
図10は、ウルツ鉱型(CrFe)S2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、点線はCrの3d軌道位置での局所状態密度、破線はFeの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が等しかったことから、全体として磁化が0になっていると言える。従って、本実施例の金属間化合物はハーフメタリック反強磁性を有すると言える。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、ウルツ鉱型の結晶構造を有し、組成式(CrFe)Se2で表わされる金属間化合物である。
図11は、ウルツ鉱型(CrFe)Se2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、点線はCrの3d軌道位置での局所状態密度、破線はFeの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が等しかったことから、全体として磁化が0になっていると言える。従って、本実施例の金属間化合物はハーフメタリック反強磁性を有すると言える。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、閃亜鉛鉱型の結晶構造を有し、組成式(FeCr)S2で表わされる金属間化合物である。
図12は、閃亜鉛鉱型(FeCr)S2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、点線はFeの3d軌道位置での局所状態密度、破線はCrの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が等しかったことから、全体として磁化が0になっていると言える。従って、本実施例の金属間化合物はハーフメタリック反強磁性を有すると言える。又、ネール温度を計算すると、1016Kであった。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、閃亜鉛鉱型の結晶構造を有し、組成式(CrFe)Se2で表わされる金属間化合物である。
図13は、閃亜鉛鉱型(CrFe)Se2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、点線はCrの3d軌道位置での局所状態密度、破線はFeの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が等しかったことから、全体として磁化が0になっていると言える。従って、本実施例の金属間化合物はハーフメタリック反強磁性を有すると言える。又、ネール温度を計算すると、926Kであった。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、閃亜鉛鉱型の結晶構造を有し、組成式(CrFe)Te2で表わされる金属間化合物である。
図14は、閃亜鉛鉱型(CrFe)Te2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、点線はCrの3d軌道位置での局所状態密度、破線はFeの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が等しかったことから、全体として磁化が0になっていると言える。従って、本実施例の金属間化合物はハーフメタリック反強磁性を有すると言える。又、ネール温度を計算すると、640Kであった。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、閃亜鉛鉱型の結晶構造を有し、組成式(MnCr)Te2で表わされる金属間化合物である。
図15は、閃亜鉛鉱型(MnCr)Te2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、点線はMnの3d軌道位置での局所状態密度、破線はCrの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。
図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、カルコゲンであるTeは2価であるので、Mn及びCrの有効d電子数はそれぞれ5個及び4個となり、有効d電子数の総和は9となる。上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が僅かに異なっていたことから、磁化が僅かに残っていると言える。
以上の結果から、本実施例の金属間化合物は、ハーフメタリックフェリ磁性を有すると言える。尚、Mn及びCrの濃度を調整すれば反強磁性を有するものを得ることが出来る。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、閃亜鉛鉱型の結晶構造を有し、組成式(TiCo)Te2で表わされる金属間化合物である。
図16は、閃亜鉛鉱型(TiCo)Te2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、点線はTiの3d軌道位置での局所状態密度、破線はCoの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。
図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、カルコゲンであるTeは2価であるので、Ti及びCoの有効d電子数はそれぞれ2個及び7個となり、有効d電子数の総和は9となる。上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が僅かに異なっていたことから、磁化が僅かに残っていると言える。
以上の結果から、本実施例の金属間化合物は、ハーフメタリックフェリ磁性を有すると言える。尚、Ti及びCoの濃度を調整すれば反強磁性を有するものを得ることが出来る。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、閃亜鉛鉱型の結晶構造を有し、組成式(TiNi)Po2で表わされる金属間化合物である。
図17は、閃亜鉛鉱型(TiNi)Po2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、点線はTiの3d軌道位置での局所状態密度、破線はNiの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。尚、第1原理電子状態計算の方法としては、KKR−CPA−LDA法に代えて、電子間相互作用に対して補正が施されたLDA+U法と称される公知の方法を採用した。
図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、カルコゲンであるPoは2価であるので、Ti及びNiの有効d電子数はそれぞれ2個及び8個となり、有効d電子数の総和は10となる。上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が等しかったことから、NiとTiが互いの磁気モーメントを打ち消し合って全体として磁化が0となっていると言える。
以上の結果から、本実施例の金属間化合物はハーフメタリック反強磁性を有すると言える。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、閃亜鉛鉱型の結晶構造を有し、組成式(TiNi)Se2で表わされる金属間化合物である。
図18及び図19は、閃亜鉛鉱型(TiNi)Se2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしており、図18は格子定数aを11.03、図19は10.90に設定したときのものである。図中の実線は全状態密度、点線はTiの3d軌道位置での局所状態密度、破線はNiの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。格子定数aを何れの値に設定した場合においても、図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が等しかったことから、全体として磁化が0になっていると言える。従って、本実施例の金属間化合物はハーフメタリック反強磁性を有すると言える。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、閃亜鉛鉱型の結晶構造を有し、組成式(VCo)Po2で表わされる金属間化合物である。
図20は、閃亜鉛鉱型(VCo)Po2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、点線はVの3d軌道位置での局所状態密度、破線はCoの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。尚、第1原理電子状態計算の方法としては、KKR−CPA−LDA法に代えてLDA+U法を採用した。図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が等しかったことから、全体として磁化が0になっていると言える。従って、本実施例の金属間化合物はハーフメタリック反強磁性を有すると言える。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、閃亜鉛鉱型の結晶構造を有し、組成式(VCo)S2で表わされる金属間化合物である。
図21は、閃亜鉛鉱型(VCo)S2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、点線はVの3d軌道位置での局所状態密度、破線はCoの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が等しかったことから、全体として磁化が0になっていると言える。従って、本実施例の金属間化合物はハーフメタリック反強磁性を有すると言える。又、ネール温度を計算すると、1025Kであった。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、閃亜鉛鉱型の結晶構造を有し、組成式(VCo)Se2で表わされる金属間化合物である。
図22は、閃亜鉛鉱型(VCo)Se2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、点線はVの3d軌道位置での局所状態密度、破線はCoの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が等しかったことから、全体として磁化が0になっていると言える。従って、本実施例の金属間化合物はハーフメタリック反強磁性を有すると言える。又、ネール温度を計算すると、880Kであった。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、閃亜鉛鉱型の結晶構造を有し、組成式(VCo)Te2で表わされる金属間化合物である。
図23は、閃亜鉛鉱型(VCo)Te2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、点線はVの3d軌道位置での局所状態密度、破線はCoの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が等しかったことから、全体として磁化が0になっていると言える。従って、本実施例の金属間化合物はハーフメタリック反強磁性を有すると言える。又、ネール温度を計算すると、759Kであった。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、ニッケルヒ素型の結晶構造を有し、組成式(MnCo)N2で表わされる金属間化合物である。
図24は、ニッケルヒ素型(MnCo)N2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、点線はMnの3d軌道位置での局所状態密度、破線はCoの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。
図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、プニクトゲンであるNは3価であるので、Mn及びCoの有効d電子数はそれぞれ4個及び6個となり、有効d電子数の総和は10となる。上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が等しかったことから、CoとMnが互いの磁気モーメントを打ち消し合って全体として磁化が0になっていると言える。
以上の結果から、本実施例の金属間化合物はハーフメタリック反強磁性を有すると言える。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、閃亜鉛鉱型の結晶構造を有し、組成式(MnCo)N2で表わされる金属間化合物である。
図25は、閃亜鉛鉱型(MnCo)N2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、点線はMnの3d軌道位置での局所状態密度、破線はCoの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が等しかったことから、全体として磁化が0になっていると言える。従って、本実施例の金属間化合物はハーフメタリック反強磁性を有すると言える。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、閃亜鉛鉱型の結晶構造を有し、組成式(CrNi)N2で表わされる金属間化合物である。
図26は、閃亜鉛鉱型(CrNi)N2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、点線はCrの3d軌道位置での局所状態密度、破線はNiの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。
図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、Nは3価であるので、Cr及びNiの有効d電子数はそれぞれ3個及び7個となり、有効d電子数の総和は10となる。上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が等しかったことから、NiとCrが互いの磁気モーメントを打ち消し合って全体として磁化が0になっていると言える。
以上の結果から、本実施例の金属間化合物はハーフメタリック反強磁性を有すると言える。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、閃亜鉛鉱型の結晶構造を有し、組成式(FeNi)As2で表わされる金属間化合物である。
図27は、閃亜鉛鉱型(FeNi)As2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、点線はFeの3d軌道位置での局所状態密度、破線はNiの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。尚、第1原理電子状態計算の方法としては、KKR−CPA−LDA法に代えてLDA+U法を採用した。
図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、プニクトゲンであるAsは3価であるので、Fe及びNiの有効d電子数はそれぞれ5個及び7個となり、有効d電子数の総和は12となる。上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が僅かに異なっていたことから、磁化が僅かに残っていると言える。
以上の結果から、本実施例の金属間化合物はハーフメタリックフェリ磁性を有すると言える。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、ウルツ鉱型の結晶構造を有し、組成式(MnCo)N2で表わされる金属間化合物である。
図28は、ウルツ鉱型(MnCo)N2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、点線はMnの3d軌道位置での局所状態密度、破線はCoの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が等しかったことから、全体として磁化が0になっていると言える。従って、本実施例の金属間化合物はハーフメタリック反強磁性を有すると言える。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、岩塩型の結晶構造を有し、組成式(MnCo)N2で表わされる金属間化合物である。
図29は、岩塩型(MnCo)N2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、点線はMnの3d軌道位置での局所状態密度、破線はCoの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が等しかったことから、全体として磁化が0になっていると言える。従って、本実施例の金属間化合物はハーフメタリック反強磁性を有すると言える。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、カルコパイライト型の結晶構造を有し、組成式(MnCo)N2で表わされる金属間化合物である。
図30は、カルコパイライト型(MnCo)N2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、点線はMnの3d軌道位置での局所状態密度、破線はCoの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が等しかったことから、全体として磁化が0になっていると言える。従って、本実施例の金属間化合物はハーフメタリック反強磁性を有すると言える。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、カルコパイライト型の結晶構造を有し、組成式(CrNi)N2で表わされる金属間化合物である。
図31は、カルコパイライト型(CrNi)N2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、点線はCrの3d軌道位置での局所状態密度、破線はNiの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が等しかったことから、全体として磁化が0になっていると言える。従って、本実施例の金属間化合物はハーフメタリック反強磁性を有すると言える。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、閃亜鉛鉱型の結晶構造を有し、組成式(CrMn0.5Co0.5)Se2で表わされる金属間化合物である。
図32は、閃亜鉛鉱型(CrMn0.5Co0.5)Se2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、点線及び2種類の破線はそれぞれCr、Mn及びCoの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。
図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、カルコゲンであるSeは2価であるので、Mn及びCoの有効d電子数はそれぞれ5個及び7個となり、Mn0.5Co0.5の有効d電子数は6個となる。又、Crの有効d電子数は4個であるので、有効d電子数の総和は10となる。上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が等しかったことから、CrとMn及びCoとが互いの磁気モーメントを打ち消し合って全体として磁化が0となっていると言える。
以上の結果から、本実施例の金属間化合物はハーフメタリック反強磁性を有すると言える。
本実施例のハーフメタリック反強磁性体は、閃亜鉛鉱型の結晶構造を有し、組成式(Ti0.5Cr0.5Fe0.5Ni0.5)Se2で表わされる金属間化合物である。
図33は、閃亜鉛鉱型(Ti0.5Cr0.5Fe0.5Ni0.5)Se2について第1原理電子状態計算を行なうことにより得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、点線、2種類の破線及び一点鎖線はそれぞれFe、Ni、Ti及びCrの3d軌道位置での局所状態密度を表わしている。
図中に実線で示す状態密度曲線からハーフメタリックが発現していると言える。又、カルコゲンであるSeは2価であるので、TiとCrの有効d電子数はそれぞれ2個と4個となり、Ti0.5Cr0.5の有効d電子数は3個となる。一方、FeとNiの有効d電子数はそれぞれ6個と8個となり、Fe0.5Ni0.5の有効d電子数は7個となる。従って、TiとCrとNiとFeの有効d電子数の総和は10となる。上向きスピン全電子状態密度及び下向きスピン全電子状態密度をそれぞれフェルミエネルギーまで積分した結果、両積分値が等しかったことから、Ni及びFeとTi及びCrとが互いの磁気モーメントを打ち消し合って全体として磁化が0となっていると言える。
以上の結果から、本実施例の金属間化合物はハーフメタリック反強磁性を有すると言える。
又、ニッケルヒ素型CrFeSe2、閃亜鉛鉱型CrFeTe2、閃亜鉛鉱型VCoTe2、閃亜鉛鉱型CrFeS2、閃亜鉛鉱型VCoS2、閃亜鉛鉱型CrFeSe2及び閃亜鉛鉱型VCoSe2のネール温度は夫々、1094K、640K、759K、1016K、1025K、926K及び880Kと室温よりも遥かに高い値となっている。反強磁性ハーフメタリック半導体のネール温度は、高いもので数百K、低いもので数十Kであり、ニッケルヒ素型CrFeSe2、閃亜鉛鉱型CrFeS2、閃亜鉛鉱型VCoS2及び閃亜鉛鉱型CrFeSe2によれば、反強磁性ハーフメタリック半導体を上回るネール温度を得ることが出来る。上記7つの金属間化合物以外の金属間化合物についても、室温を超えるネール温度が得られるものと考えられる。
図表に示す如く、第1原理電子状態計算を行なった金属間化合物の中には、フェリ磁性を示すものが含まれているが、磁性元素の濃度等の条件を調整することによって反強磁性が発現する可能性は高いと考えられる。
尚、2種類以上の磁性元素の組合せとしては、第1原理電子状態計算を行なった上記組合せ以外であっても、有効d電子数の総和が10或いは10に近い値であればハーフメタリック反強磁性が発現する可能性があると考えられる。
Claims (14)
- 2種類以上の磁性元素とカルコゲン或いはプニクトゲンとから構成されており、前記2種類以上の磁性元素には、有効d電子数が5より少ない磁性元素と有効d電子数が5より多い磁性元素とが含まれ、前記2種類以上の磁性元素の有効d電子数の総和は10或いは10に近い値であるハーフメタリック反強磁性体。
- ニッケルヒ素型、閃亜鉛鉱型、ウルツ鉱型、カルコパイライト型或いは岩塩型の結晶構造を有する化合物である請求項1に記載のハーフメタリック反強磁性体。
- 2種類の磁性元素とカルコゲンとから構成されている請求項1又は請求項2に記載のハーフメタリック反強磁性体。
- 前記2種類の磁性元素は、CrとFe、VとCo、TiとNi、CrとMn、CrとNi、TiとCo、CrとCo、VとFe及びVとNiの群より選ばれた何れか1つの組合せである請求項3に記載のハーフメタリック反強磁性体。
- 3種類の磁性元素とカルコゲンとから構成されている請求項1又は請求項2に記載のハーフメタリック反強磁性体。
- 前記3種類の磁性元素は、CoとTiとCr、VとFeとNi、FeとMnとV、CrとMnとCo及びMnとVとCoの群より選ばれた何れか1つの組合せである請求項5に記載のハーフメタリック反強磁性体。
- 4種類の磁性元素とカルコゲンとから構成されている請求項1又は請求項2に記載のハーフメタリック反強磁性体。
- 前記4種類の磁性元素はTiとCrとFeとNiである請求項7に記載のハーフメタリック反強磁性体。
- 前記カルコゲンは、S、Se、Te又はPoの何れかの元素である請求項1乃至請求項8の何れかに記載のハーフメタリック反強磁性体。
- 2種類の磁性元素とプニクトゲンとから構成されている請求項1又は請求項2に記載のハーフメタリック反強磁性体。
- 前記2種類の磁性元素は、MnとCo、CrとNi、VとMn及びFeとNiの群より選ばれた何れか1つの組合せである請求項10に記載のハーフメタリック反強磁性体。
- 3種類の磁性元素とプニクトゲンとから構成されている請求項1又は請求項2に記載のハーフメタリック反強磁性体。
- 前記3種類の磁性元素はCoとFeとCrである請求項12に記載のハーフメタリック反強磁性体。
- 前記プニクトゲンは、N、As、Sb又はBiの何れかの元素である請求項1、請求項2、請求項10乃至請求項13の何れかに記載のハーフメタリック反強磁性体。
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