WO2009116555A1 - ハーフメタリック反強磁性体 - Google Patents

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WO2009116555A1
WO2009116555A1 PCT/JP2009/055242 JP2009055242W WO2009116555A1 WO 2009116555 A1 WO2009116555 A1 WO 2009116555A1 JP 2009055242 W JP2009055242 W JP 2009055242W WO 2009116555 A1 WO2009116555 A1 WO 2009116555A1
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metallic
density
antiferromagnetic
antiferromagnetic material
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PCT/JP2009/055242
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久純 赤井
昌子 小倉
ロン ホアング グエン
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国立大学法人大阪大学
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/40—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials of magnetic semiconductor materials, e.g. CdCr2S4
    • H01F1/408—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials of magnetic semiconductor materials, e.g. CdCr2S4 half-metallic, i.e. having only one electronic spin direction at the Fermi level, e.g. CrO2, Heusler alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/0009—Antiferromagnetic materials, i.e. materials exhibiting a Néel transition temperature

Definitions

  • the present invention has antiferromagnetism, and in the upward electron spin state and the downward electron spin state, one of the electron spin states exhibits a property as a metal, whereas the other electron spin state is an insulator or a semiconductor.
  • the present invention relates to a half-metallic antiferromagnetic material exhibiting the following properties.
  • Half-metallic antiferromagnetism is a concept originally proposed by Van Royken and De Groot (see Non-Patent Document 1), and half-metallic antiferromagnet is one of the upward electron spin state and the downward electron spin state.
  • Various materials have been proposed as such half-metallic antiferromagnetic materials. For example, picket performs electronic state calculation for Sr 2 VCuO 6 , La 2 MnVO 6 , La 2 MnCoO 6 having a double perovskite structure, and among these intermetallic compounds, La 2 MnVO 6 is a half-metallic antiferromagnetic material.
  • Non-Patent Document 2 See Non-Patent Document 2.
  • the present inventors have proposed various antiferromagnetic half-metallic semiconductors based on a semiconductor (see Non-Patent Documents 3 to 7) and have applied for patents (see Patent Documents 1 and 2).
  • Antiferromagnetic half-metallic semiconductors proposed by the present inventors are, for example, those obtained by substituting group II atoms or group III atoms of II-VI group compound semiconductors or III-V group compound semiconductors with two or more kinds of magnetic ions. It is.
  • an object of the present invention is to provide a half-metallic antiferromagnetic material that is chemically stable and has a stable magnetic structure.
  • the half-metallic antiferromagnetic material according to the present invention is a compound having a crystal structure of nickel arsenic type, zinc blende type, wurtzite type, chalcopyrite type or rock salt type, and two or more kinds of magnetic elements and chalcogen or
  • the two or more kinds of magnetic elements include a magnetic element having an effective d electron number of less than 5 and a magnetic element having an effective d electron number of more than 5, and the two or more kinds of magnetic elements.
  • the total number of effective d electrons of the element is 10 or a value close to 10.
  • the effective d-electron number of a magnetic element is a number obtained by subtracting the number of electrons lost by chalcogen or pnictogen due to a covalent bond or ionic bond, that is, an ionic valence, from the total valence electron number of the magnetic element.
  • the total number of valence electrons of the magnetic element is a value obtained by subtracting the number of core electrons (18 for 3d transition metal elements) from the number of electrons (atomic number) in the atom.
  • chalcogen is divalent
  • pnictogen is trivalent
  • the total number of effective d electrons of two or more kinds of magnetic elements can be obtained as follows.
  • the half-metallic antiferromagnetic material represented by the composition formula ABX 2 (A and B are magnetic elements, X is chalcogen)
  • the value obtained by subtracting 4 which is the number of electrons from is the total number of effective d electrons.
  • a value obtained by subtracting 6 which is the number of electrons from the total number of valence electrons of the element A and the total number of valence electrons of the magnetic element B is the total number of effective d electrons.
  • a half-metallic antiferromagnetic material composed of three or more kinds of magnetic elements and chalcogen or pnictogen for example, a half-metallic antiferromagnetic material represented by a composition formula (ABC) X 2 (A, B and C are magnetic elements)
  • ABS composition formula
  • X 2 A, B and C are magnetic elements
  • the total number of effective d electrons can be obtained in the same manner as the half-metallic antiferromagnetic material composed of two kinds of magnetic elements and chalcogen or pnictogen. It is effective in the same way for a half-metallic antiferromagnetic material in which (AC) X 2 and (BC) X 2 form a solid solution, such as (A 0.5 B 0.5 C) X 2. d
  • the total number of electrons can be obtained.
  • the magnetic element A is V
  • the magnetic element B is Mn
  • the magnetic element C is Fe
  • X is chalcogen
  • the compound according to the present invention exhibits half-metallic antiferromagnetism.
  • the compound represented by the composition formula ABX 2 (A and B are magnetic elements and X is chalcogen or pnictogen) is in a nonmagnetic state
  • the s and p states of the magnetic element A and the magnetic element B are the elements X as shown in FIG.
  • the combined sp state and antibonded sp state formed with the s state and the p state respectively form a band, and a band composed of the d state of the magnetic element A and the d state of the magnetic element B is formed therebetween.
  • the d orbital of the magnetic element A and the d orbital of the magnetic element B are spin split by the interaction between electrons.
  • a local magnetic moment of the magnetic element A and a local magnetic moment of the magnetic element B are considered to be parallel to each other and anti-parallel to each other.
  • the band (d band) formed from the d state is typically exchanged and split. It shows the band structure of a ferromagnetic material.
  • the energy gain by aligning the local magnetic moments in parallel with each other is caused by a slight expansion of the band.
  • the expansion of the band is a hybrid of the d state of the magnetic element A and the d state of the magnetic element B having different energies. It is caused by doing.
  • Such a band energy gain caused by the hybridization between different energy states is called superexchange interaction.
  • D the energy difference between the d orbitals of the magnetic element A and the magnetic element B, and takes a larger value as the difference in the number of effective d electrons between the magnetic element A and the magnetic element B increases.
  • the band formed from the d state is spin-split and oriented in parallel.
  • the band structure is different from the state in which it is present.
  • the energy gain by aligning the local magnetic moments antiparallel to each other is such that the d state of the magnetic element A and the magnetic element B degenerate in the upward spin band is strongly mixed to form a coupled d state and an anticoupled d state. This is caused mainly by electrons occupying the coupled d state.
  • the energy gain E2 due to the double exchange interaction is proportional to -t, where t is the jump integral.
  • energy gain due to superexchange interaction occurs.
  • the energy gain due to the superexchange interaction jumps and is proportional to the second order of the integral t (secondary perturbation), whereas the energy gain due to the double exchange interaction is proportional to the first order of the jump integral t (degeneration occurs).
  • First-order perturbation Therefore, in general, the double exchange interaction produces a larger energy gain than the super exchange interaction.
  • degeneration In order for the double exchange interaction to occur, degeneration must occur in the d state, and in a state where the local magnetic moments are antiparallel to each other, the effective d electron number of the magnetic element A and the effective of the magnetic element B Such degeneration occurs when the sum of the number of d electrons is 10 or a value close to 10 which is the maximum number of electrons accommodated in the 3d electron orbit.
  • strong zinc blende type crystal structure, wurtzite type crystal structure and chalcopyrite type crystal structure are four coordinate
  • nickel arsenic type crystal structure and rock salt type crystal structure having ionicity are six coordinate
  • any crystal structure forms a strong chemical bond
  • a substance having a tetracoordinate crystal structure has a semiconducting property with less bond / antibond splitting, and six-coordinate.
  • the substance having the crystal structure has an insulating property.
  • the d state of the magnetic element is mixed with the surrounding anions, but maintains the properties of the d state as an atomic orbital, and exhibits a stable antiferromagnetism leaving a large magnetic splitting and local magnetic moment. It will be. From the above, it can be said that the compound according to the present invention is highly likely to exhibit half-metallic antiferromagnetism in the ground state. It is confirmed by first-principles electronic state calculation that the half-metallic antiferromagnetism develops in the compound according to the present invention as described later. In addition, when the sum of the number of effective d electrons of two kinds of magnetic elements is a value close to 10, the magnitudes of the magnetic moments of both magnetic elements are slightly different. In the claims and the specification of the present application, “antiferromagnetic material” includes “ferrimagnetic material”.
  • the half-metallic antiferromagnetic material according to the present invention is not in a state in which magnetic ions are precipitated in the matrix as in the case of a half-metallic antiferromagnetic semiconductor based on a semiconductor, but chalcogen or pnictogen is chemically bonded to a magnetic element. It can be said that the bond is sufficiently strong and stable from the calculation of the generation energy. It is also known that many similar compounds (for example, transition metal chalcogenides having various crystal structures such as nickel arsenic type) exist stably. Further, since the chemical bond between magnetic ions and chalcogen or pnictogen is strong, the chemical bond between magnetic ions via chalcogen or pnictogen is also strong.
  • the magnetic bond is due to the magnetic moment of the chemical bond, and it can be said that the stronger the chemical bond, the stronger the magnetic bond. Therefore, it can be said that the half-metallic antiferromagnetic material according to the present invention has strong magnetic coupling and a stable magnetic structure.
  • the half-metallic antiferromagnetic material having the first specific configuration is composed of two kinds of magnetic elements and chalcogen, and these two kinds of magnetic elements are Cr and Fe, V and Co, Ti and Ni, Any combination selected from the group consisting of Cr and Mn, Cr and Ni, Ti and Co, Cr and Co, V and Fe, and V and Ni. Since chalcogen is divalent, according to these combinations, the total number of effective d electrons takes a value of 9-12.
  • the half-metallic antiferromagnetic material having the second specific configuration is composed of two kinds of magnetic elements and pnictogen, and these two kinds of magnetic elements are Mn and Co, Cr and Ni, V and Mn, and It is any one combination selected from the group of Fe and Ni. Since pnictogen is trivalent, according to these combinations, the total number of effective d electrons takes a value of 6-12.
  • the half-metallic antiferromagnetic material having the third specific configuration is composed of three kinds of magnetic elements and chalcogen, and these three kinds of magnetic elements are Co, Ti and Cr, V, Fe and Ni, Any one combination selected from the group consisting of Fe, Mn and V, Cr, Mn and Co, and Mn, V and Co.
  • a half-metallic antiferromagnetic material in which the three kinds of magnetic elements are any combination of Co and Ti and Cr, V and Fe and Ni, Fe and Mn and V, and Cr, Mn and Co is, for example, a composition formula ( AB 0.5 C 0.5 ) X 2 (A, B and C are magnetic elements, and X is a chalcogen).
  • the effective d-electron numbers of Ti and Cr are 2 and 4, respectively, so that Ti 0.5 Cr Since the number of effective d electrons of 0.5 is 3, and the number of effective d electrons of Co is 7, the total number of effective d electrons of Co, Ti, and Cr is 10. Similarly, the total number of effective d electrons is 10 regardless of the combination of V and Fe and Ni, Fe and Mn and V, and Cr, Mn and Co.
  • a half-metallic antiferromagnetic material in which the combination of three kinds of magnetic elements is Mn, V, and Co is, for example, a composition formula (Mn 0.5 V 0.5 ) (Co 0.5 Mn 0.5 ) X 2.
  • X is chalcogen
  • the number of effective d electrons of Mn, V, and Co is 5, 3, and 7, respectively. Therefore, the number of effective d electrons of Mn 0.5 V 0.5 is 4 Co 0.5 and Mn 0.5 have 6 effective d electrons, and the total number of effective d electrons is 10.
  • the half-metallic antiferromagnetic material having the fourth specific configuration is composed of three kinds of magnetic elements and pnictogen, and the three kinds of magnetic elements are Co, Fe and Cr.
  • the half-metallic antiferromagnetic material having the above specific configuration is represented by, for example, the composition formula Co (Fe 0.5 Cr 0.5 ) X 2 (X is pnictogen), and the number of effective d electrons of Fe and Cr is respectively Since the number is 5 and 3, the number of effective d electrons of Fe 0.5 Cr 0.5 is 4, and the number of effective d electrons of Co is 6, so the total number of effective d electrons is 10. .
  • the half-metallic antiferromagnetic material having the fifth specific configuration is composed of four kinds of magnetic elements and chalcogen, and the four kinds of magnetic elements are Ti, Cr, Fe and Ni.
  • the half-metallic antiferromagnetic material having the above specific structure is represented by, for example, a composition formula (Ti 0.5 Cr 0.5 Fe 0.5 Ni 0.5 ) X 2 (X is chalcogen), and Ti and Cr Since the number of effective d electrons is 2 and 4, respectively, the number of effective d electrons of Ti 0.5 Cr 0.5 is 3. On the other hand, the number of effective d electrons of Fe and Ni is 6 and 8, respectively, so the number of effective d electrons of Fe 0.5 Ni 0.5 is 7. Therefore, the total number of effective d electrons of Ti, Cr, Ni, and Fe is 10.
  • FIG. 1 is a graph showing an electronic state density in an antiferromagnetic state of chalcopyrite type (CrFe) Po 2 .
  • FIG. 2 is a graph showing the density of electronic states in the antiferromagnetic state of chalcopyrite type (CrFe) S 2 .
  • FIG. 3 is a graph showing an electronic state density in an antiferromagnetic state of chalcopyrite type (CrFe) Se 2 .
  • FIG. 4 is a graph showing the electronic state density in the antiferromagnetic state of chalcopyrite type (CrFe) Te 2 .
  • FIG. 5 is a graph showing the density of electronic states in the antiferromagnetic state of chalcopyrite type (VCo) S 2 .
  • FIG. 6 is a graph showing the density of electronic states in the antiferromagnetic state of chalcopyrite type (VCo) Se 2 .
  • FIG. 7 is a graph showing the density of electronic states in the antiferromagnetic state of rock salt type (CrFe) S 2 .
  • FIG. 8 is a graph showing the density of electronic states in the antiferromagnetic state of rock salt type (VCo) S 2 .
  • FIG. 9 is a graph showing the electronic state density in the antiferromagnetic state of nickel arsenic type (CrFe) Se 2 .
  • FIG. 10 is a graph showing the electronic state density in the antiferromagnetic state of wurtzite type (CrFe) S 2 .
  • FIG. 11 is a graph showing the electronic state density in the antiferromagnetic state of wurtzite (CrFe) Se 2 .
  • FIG. 12 is a graph showing the density of electronic states in the antiferromagnetic state of zinc blende type (FeCr) S 2 .
  • FIG. 13 is a graph showing the electronic state density in the antiferromagnetic state of zinc blende type (CrFe) Se 2 .
  • FIG. 14 is a graph showing the electronic state density in the antiferromagnetic state of zinc blende type (CrFe) Te 2 .
  • FIG. 15 is a graph showing the electronic state density in the antiferromagnetic state of zinc blende type (MnCr) Te 2 .
  • FIG. 16 is a graph showing the electronic state density in the antiferromagnetic state of zinc blende type (TiCo) Te 2 .
  • FIG. 17 is a graph showing the electronic state density in the antiferromagnetic state of zinc blende type (TiNi) Po 2 .
  • FIG. 18 is a graph showing the density of electronic states in the antiferromagnetic state of zinc blende type (TiNi) Se 2 when the lattice constant is set to 11.03.
  • FIG. 19 is a graph showing the electronic state density in the antiferromagnetic state of zinc blende type (TiNi) Se 2 when the lattice constant is set to 10.90.
  • FIG. 20 is a graph showing the electronic state density in the antiferromagnetic state of zinc blende type (VCo) Po 2 .
  • FIG. 21 is a graph showing the density of electronic states in the antiferromagnetic state of zinc blende type (VCo) S 2 .
  • FIG. 22 is a graph showing an electronic state density in an antiferromagnetic state of zinc blende type (VCo) Se 2 .
  • FIG. 23 is a graph showing the electronic state density in the antiferromagnetic state of zinc blende type (VCo) Te 2 .
  • FIG. 24 is a graph showing the electronic state density in the antiferromagnetic state of nickel arsenic type (MnCo) N 2 .
  • FIG. 25 is a graph showing the electronic state density in the antiferromagnetic state of zinc blende type (MnCo) N 2 .
  • FIG. 26 is a graph showing an electronic state density in an antiferromagnetic state of zinc blende type (CrNi) N 2 .
  • FIG. 27 is a graph showing the electronic state density in the antiferromagnetic state of zinc blende type (FeNi) As 2 .
  • FIG. 28 is a graph showing the electronic state density in the antiferromagnetic state of wurtzite (MnCo) N 2 .
  • FIG. 29 is a graph showing an electronic state density in an antiferromagnetic state of rock salt type (MnCo) N 2 .
  • FIG. 30 is a graph showing the density of electronic states in the antiferromagnetic state of chalcopyrite type (MnCo) N 2 .
  • FIG. 31 is a graph showing an electronic state density in an antiferromagnetic state of chalcopyrite type (CrNi) N 2 .
  • FIG. 32 is a graph showing an electronic state density in an antiferromagnetic state of zinc blende type (CrMn 0.5 Co 0.5 ) Se 2 .
  • FIG. 33 is a graph showing an electronic state density in an antiferromagnetic state of zinc blende type (Ti 0.5 Cr 0.5 Fe 0.5 Ni 0.5 ) Se 2 .
  • FIG. 34 is a first table showing the results of first-principles electronic state calculation for various intermetallic compounds.
  • FIG. 35 is a second table showing the above results.
  • FIG. 36 is a third table showing the above results.
  • FIG. 37 shows an antiferromagnetic domain boundary.
  • Figure 38 is a conceptual diagram of a state density curve in a non-magnetic state of a compound represented by a composition formula ABX 2.
  • FIG. 39 is a conceptual diagram of a state density curve in the ferromagnetic state of the above compound.
  • FIG. 40 is a conceptual diagram of a state density curve in the antiferromagnetic state of the above compound.
  • the half-metallic antiferromagnetic material according to the present invention is an intermetallic compound having a crystal structure of nickel arsenic type, zinc blende type, wurtzite type, chalcopyrite type or rock salt type, and two or more kinds of magnetic elements and It consists of chalcogen or pnictogen.
  • the two or more kinds of magnetic elements include a magnetic element having an effective d electron number of less than 5 and a magnetic element having an effective d electron number of more than 5, and the sum of effective d electrons of the two or more kinds of magnetic elements. Is 10 or a value close to 10.
  • chalcogen is any element of S, Se, Te, and Po.
  • pnictogen is any element of N, As, Sb and Bi.
  • the two kinds of transition metal elements are selected from the group consisting of Cr and Fe, V and Co, Ti and Ni, Cr and Mn, Cr and Ni, Ti and Co, Cr and Co, V and Fe, and V and Ni. Any one of the combinations. It can also be composed of two kinds of transition metal elements and pnictogen, and is represented by a composition formula ABX 2 (A and B are transition metal elements, and X is pnictogen).
  • the two kinds of transition metal elements are any one combination selected from the group consisting of Mn and Co, Cr and Ni, V and Mn, and Fe and Ni. It can also be composed of three kinds of transition metal elements and chalcogen, and the three kinds of magnetic elements are Co and Ti and Cr, V and Fe and Ni, Fe and Mn and V, Cr and Mn and Co, and Any one combination selected from the group consisting of Mn, V and Co. It is also possible to form three kinds of transition metal elements Co, Fe, Cr and pnictogen. Furthermore, it is also possible to comprise four kinds of transition metal elements Ti, Cr, Ni, Fe and chalcogen.
  • the half-metallic antiferromagnetic material according to the present invention can be prepared by a solid-phase reaction method.
  • the powdered magnetic element and chalcogen or pnictogen are sufficiently mixed, and then quartz is mixed. After enclosing in a glass tube and heating to 1000 ° C. or higher, annealing is performed.
  • a half-metallic antiferromagnetic material having a non-equilibrium crystal structure for example, zinc blende type (CrFe) S 2 2, is grown on a substrate by a molecular beam epitaxy method.
  • the half-metallic antiferromagnetic material according to the present invention is not in a state in which magnetic ions are precipitated in the matrix as in the case of a half-metallic antiferromagnetic semiconductor based on a semiconductor, but chalcogen or pnictogen is chemically bonded to a magnetic element. It can be said that the bond is sufficiently strong and stable from the calculation of the generation energy. It is also known that many similar compounds (for example, transition metal chalcogenides having various crystal structures such as nickel arsenic type) exist stably. Further, since the chemical bond between magnetic ions and chalcogen or pnictogen is strong, the chemical bond between magnetic ions via chalcogen or pnictogen is also strong.
  • the magnetic bond is due to a magnetic moment among the chemical bonds. If the chemical bond is strong, it can be said that the magnetic bond is also strong. Therefore, it can be said that the half-metallic antiferromagnetic material according to the present invention has strong magnetic coupling and a stable magnetic structure. Furthermore, the half-metallic antiferromagnetic material according to the present invention can be easily adjusted as described above.
  • the half-metallic antiferromagnetic material is useful as a spintronic material because the Fermi surface is 100% spin-polarized.
  • the half-metallic antiferromagnetic material has no magnetism, it is stable against external perturbations and does not generate shape magnetic anisotropy, so that there is a possibility that spin reversal by current or spin injection can be easily realized. It is expected to be applied to wider fields such as high performance magnetic memory and magnetic head materials.
  • an antiferromagnetic domain boundary domain boundary
  • the position where the order of the upward spin and the downward spin is switched is the antiferromagnetic domain boundary.
  • the half-metallic antiferromagnetic material of this example is an intermetallic compound having a chalcopyrite type crystal structure and represented by a composition formula (CrFe) Po 2 .
  • the present inventors performed first-principles electronic state calculation to confirm that the intermetallic compound of this example has a half-metallic antiferromagnetic property.
  • KKR Kerringa-kohn-Rostoker
  • CPA Coherent-Potential Approximation
  • LDA Local-Density
  • FIG. 1 represents a state density curve in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of chalcopyrite type (CrFe) Po 2 .
  • the solid line in the figure represents the total state density
  • the dotted line represents the local state density at the 3d orbital position of Cr
  • the broken line represents the local state density at the 3d orbital position of Fe.
  • the density of states of the downward spin electrons becomes zero and a band gap Gp is formed, and Fermi energy exists in the band gap.
  • the density of states of upward spin electrons is greater than zero near the Fermi energy.
  • the state of the downward spin electrons shows the property as a semiconductor
  • the state of the upward spin electrons shows the property as a metal, and it can be said that a half-metallic property is developed.
  • Po which is a chalcogen, is bivalent, the number of effective d electrons of Cr and Fe is 4 and 6, respectively, and the total number of effective d electrons is 10.
  • the intermetallic compound of this example has a half-metallic antiferromagnetic property.
  • the half-metallic antiferromagnetic material of the present example is an intermetallic compound having a chalcopyrite type crystal structure and represented by a composition formula (CrFe) S 2 .
  • FIG. 2 represents a state density curve in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of chalcopyrite type (CrFe) S 2 .
  • the solid line in the figure represents the total state density
  • the dotted line represents the local state density at the 3d orbital position of Cr
  • the broken line represents the local state density at the 3d orbital position of Fe. It can be said that the half-metallic property is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure.
  • the intermetallic compound of this example has a half-metallic antiferromagnetic property.
  • the half-metallic antiferromagnetic material of the present embodiment is an intermetallic compound having a chalcopyrite type crystal structure and represented by a composition formula (CrFe) Se 2 .
  • FIG. 3 represents a state density curve in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of chalcopyrite type (CrFe) Se 2 .
  • the solid line in the figure represents the total state density
  • the dotted line represents the local state density at the 3d orbital position of Cr
  • the broken line represents the local state density at the 3d orbital position of Fe. It can be said that the half-metallic property is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure.
  • the intermetallic compound of this example has a half-metallic antiferromagnetic property.
  • the half-metallic antiferromagnetic material of the present example is an intermetallic compound having a chalcopyrite type crystal structure and represented by a composition formula (CrFe) Te 2 .
  • FIG. 4 represents a state density curve in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of chalcopyrite type (CrFe) Te 2 .
  • the solid line in the figure represents the total state density
  • the dotted line represents the local state density at the 3d orbital position of Cr
  • the broken line represents the local state density at the 3d orbital position of Fe. It can be said that the half-metallic property is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure.
  • the intermetallic compound of this example has a half-metallic antiferromagnetic property.
  • a half-metallic antiferromagnetic material of the fifth embodiment this embodiment has a chalcopyrite type crystal structure, which is an intermetallic compound represented by a composition formula (VCo) S 2.
  • FIG. 5 represents a state density curve in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of chalcopyrite type (VCo) S 2 .
  • the solid line in the figure represents the total state density
  • the dotted line represents the local state density at the 3d orbital position of V
  • the broken line represents the local state density at the 3d orbital position of Co. It can be said that the half-metallic property is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure.
  • the intermetallic compound of this example has a half-metallic antiferromagnetic property.
  • a half-metallic antiferromagnetic material of this example is an intermetallic compound having a chalcopyrite type crystal structure and represented by a composition formula (VCo) Se 2 .
  • FIG. 6 shows a state density curve in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of chalcopyrite type (VCo) Se 2 .
  • the solid line in the figure represents the total state density
  • the dotted line represents the local state density at the 3d orbital position of V
  • the broken line represents the local state density at the 3d orbital position of Co. It can be said that the half-metallic property is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure.
  • the intermetallic compound of this example has a half-metallic antiferromagnetic property.
  • a half-metallic antiferromagnetic material of the present Example is an intermetallic compound having a rock salt type crystal structure and represented by a composition formula (CrFe) S 2 .
  • FIG. 7 represents a state density curve in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of rock salt type (CrFe) S 2 .
  • the solid line in the figure represents the total state density
  • the dotted line represents the local state density at the 3d orbital position of Cr
  • the broken line represents the local state density at the 3d orbital position of Fe. It can be said that the half-metallic property is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure.
  • the intermetallic compound of this example has a half-metallic antiferromagnetic property.
  • the half-metallic antiferromagnetic material of the present Example is an intermetallic compound having a rock salt type crystal structure and represented by a composition formula (VCo) S 2 .
  • FIG. 8 represents a state density curve in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of rock salt type (VCo) S 2 .
  • the solid line in the figure represents the total state density
  • the dotted line represents the local state density at the 3d orbital position of V
  • the broken line represents the local state density at the 3d orbital position of Co. It can be said that the half-metallic property is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure.
  • the intermetallic compound of this example has a half-metallic antiferromagnetic property.
  • the half-metallic antiferromagnetic material of the present embodiment is an intermetallic compound having a nickel arsenic type crystal structure and represented by a composition formula (CrFe) Se 2 .
  • FIG. 9 represents a state density curve in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of nickel arsenic type (CrFe) Se 2 .
  • the solid line in the figure represents the total state density
  • the dotted line represents the local state density at the 3d orbital position of Cr
  • the broken line represents the local state density at the 3d orbital position of Fe. It can be said that the half-metallic property is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure.
  • the magnetic transition temperature (Nehl temperature) at which the antiferromagnetic state shifts to the paramagnetic state is calculated to be 1094K.
  • the Neel temperature was calculated by a known method using a cluster approximation (J. Phys .: Condens. Matter 19 (2007) 365233).
  • a half-metallic antiferromagnetic material of the tenth embodiment this embodiment has a wurtzite type crystal structure, which is an intermetallic compound represented by a composition formula (CrFe) S 2.
  • FIG. 10 shows a state density curve in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of wurtzite type (CrFe) S 2 .
  • the solid line in the figure represents the total state density
  • the dotted line represents the local state density at the 3d orbital position of Cr
  • the broken line represents the local state density at the 3d orbital position of Fe. It can be said that the half-metallic property is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure.
  • the intermetallic compound of this example has a half-metallic antiferromagnetic property.
  • the half-metallic antiferromagnetic material of this example is an intermetallic compound having a wurtzite crystal structure and represented by a composition formula (CrFe) Se 2 .
  • FIG. 11 shows a state density curve in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of wurtzite type (CrFe) Se 2 .
  • the solid line in the figure represents the total state density
  • the dotted line represents the local state density at the 3d orbital position of Cr
  • the broken line represents the local state density at the 3d orbital position of Fe. It can be said that the half-metallic property is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure.
  • the intermetallic compound of this example has a half-metallic antiferromagnetic property.
  • a half-metallic antiferromagnetic material of the 12th embodiment this embodiment has a zinc blende type crystal structure, which is an intermetallic compound represented by a composition formula (FeCr) S 2.
  • FIG. 12 represents a state density curve in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of zinc blende type (FeCr) S 2 .
  • the solid line in the figure represents the total state density
  • the dotted line represents the local state density at the 3d orbital position of Fe
  • the broken line represents the local state density at the 3d orbital position of Cr. It can be said that the half-metallic property is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure.
  • the intermetallic compound of this example has a half-metallic antiferromagnetic property.
  • the Neel temperature was calculated to be 1016K.
  • a half-metallic antiferromagnetic material of the 13th embodiment this embodiment has a zinc blende type crystal structure, which is an intermetallic compound represented by a composition formula (CrFe) Se 2.
  • FIG. 13 represents a state density curve in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of zinc blende type (CrFe) Se 2 .
  • the solid line in the figure represents the total state density
  • the dotted line represents the local state density at the 3d orbital position of Cr
  • the broken line represents the local state density at the 3d orbital position of Fe. It can be said that the half-metallic property is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure.
  • the intermetallic compound of this example has a half-metallic antiferromagnetic property.
  • the Neel temperature was calculated to be 926K.
  • the half-metallic antiferromagnetic material of this example is an intermetallic compound having a zinc blende type crystal structure and represented by a composition formula (CrFe) Te 2 .
  • FIG. 14 represents a state density curve in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of zinc blende type (CrFe) Te 2 .
  • the solid line in the figure represents the total state density
  • the dotted line represents the local state density at the 3d orbital position of Cr
  • the broken line represents the local state density at the 3d orbital position of Fe. It can be said that the half-metallic property is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure.
  • the intermetallic compound of this example has a half-metallic antiferromagnetic property.
  • the Neel temperature was calculated to be 640K.
  • a half-metallic antiferromagnetic material of the present Example is an intermetallic compound having a zinc blende type crystal structure and represented by a composition formula (MnCr) Te 2 .
  • FIG. 15 represents a state density curve in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of zinc blende type (MnCr) Te 2 .
  • the solid line in the figure represents the total state density
  • the dotted line represents the local state density at the 3d orbital position of Mn
  • the broken line represents the local state density at the 3d orbital position of Cr. It can be said that the half-metallic property is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure.
  • Te which is a chalcogen
  • Te which is a chalcogen
  • the number of effective d electrons of Mn and Cr is 5 and 4, respectively, and the total number of effective d electrons is 9.
  • the intermetallic compound of this example has half-metallic ferrimagnetism.
  • what has antiferromagnetism can be obtained by adjusting the concentration of Mn and Cr.
  • a half-metallic antiferromagnetic material of the sixteenth embodiment this embodiment has a zinc blende type crystal structure, which is an intermetallic compound represented by a composition formula (TiCo) Te 2.
  • FIG. 16 represents a state density curve in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of zinc blende type (TiCo) Te 2 .
  • the solid line in the figure represents the total state density
  • the dotted line represents the local state density at the 3d orbital position of Ti
  • the broken line represents the local state density at the 3d orbital position of Co. It can be said that the half-metallic property is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure.
  • Te which is a chalcogen
  • Te is divalent, so the number of effective d electrons of Ti and Co is 2 and 7, respectively, and the total number of effective d electrons is 9.
  • the intermetallic compound of this example has half-metallic ferrimagnetism.
  • what has antiferromagnetism can be obtained by adjusting the concentration of Ti and Co.
  • a half-metallic antiferromagnetic material of this example is an intermetallic compound having a zinc blende type crystal structure and represented by a composition formula (TiNi) Po 2 .
  • FIG. 17 represents a state density curve in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of zinc blende type (TiNi) Po 2 .
  • the solid line in the figure represents the total state density
  • the dotted line represents the local state density at the 3d orbital position of Ti
  • the broken line represents the local state density at the 3d orbital position of Ni.
  • the half-metallic property is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure.
  • Po which is a chalcogen, is divalent
  • the number of effective d electrons of Ti and Ni is 2 and 8, respectively, and the total number of effective d electrons is 10.
  • the intermetallic compound of this example has a half-metallic antiferromagnetic property.
  • a half-metallic antiferromagnetic material of the eighteenth embodiment this embodiment has a zinc blende type crystal structure, which is an intermetallic compound represented by a composition formula (TiNi) Se 2.
  • 18 and 19 show state density curves in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of zinc blende type (TiNi) Se 2 , and FIG. 18 shows a lattice constant a Is set to 11.03, and FIG. 19 is set to 10.90.
  • the solid line in the figure represents the total state density
  • the dotted line represents the local state density at the 3d orbital position of Ti
  • the broken line represents the local state density at the 3d orbital position of Ni.
  • the lattice constant a is set to any value, it can be said that half-metallicity is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure. Further, as a result of integrating the upward spin total electron density and the downward spin total electron density to the Fermi energy, both integral values are equal, and thus it can be said that the magnetization is zero as a whole. Therefore, it can be said that the intermetallic compound of this example has a half-metallic antiferromagnetic property.
  • FIG. 20 represents a state density curve in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of zinc blende type (VCo) Po 2 .
  • the solid line in the figure represents the total state density
  • the dotted line represents the local state density at the 3d orbital position of V
  • the broken line represents the local state density at the 3d orbital position of Co.
  • the LDA + U method was adopted instead of the KKR-CPA-LDA method.
  • the half-metallic property is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure. Further, as a result of integrating the upward spin total electron density and the downward spin total electron density to the Fermi energy, both integral values are equal, and thus it can be said that the magnetization is zero as a whole. Therefore, it can be said that the intermetallic compound of this example has a half-metallic antiferromagnetic property.
  • Example A half-metallic antiferromagnetic material of this example is an intermetallic compound having a zinc blende type crystal structure and represented by a composition formula (VCo) S 2 .
  • FIG. 21 represents a state density curve in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of zinc blende type (VCo) S 2 .
  • the solid line in the figure represents the total state density
  • the dotted line represents the local state density at the 3d orbital position of V
  • the broken line represents the local state density at the 3d orbital position of Co. It can be said that the half-metallic property is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure.
  • the intermetallic compound of this example has a half-metallic antiferromagnetic property.
  • the Neel temperature was calculated to be 1025K.
  • a half-metallic antiferromagnetic material of the present Example is an intermetallic compound having a zinc blende type crystal structure and represented by a composition formula (VCo) Se 2 .
  • FIG. 22 represents a state density curve in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of zinc blende type (VCo) Se 2 .
  • the solid line in the figure represents the total state density
  • the dotted line represents the local state density at the 3d orbital position of V
  • the broken line represents the local state density at the 3d orbital position of Co. It can be said that the half-metallic property is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure.
  • the intermetallic compound of this example has a half-metallic antiferromagnetic property.
  • the Neel temperature was calculated to be 880K.
  • a half-metallic antiferromagnetic material of the present embodiment is an intermetallic compound having a zinc blende type crystal structure and represented by a composition formula (VCo) Te 2 .
  • FIG. 23 represents a state density curve in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of zinc blende type (VCo) Te 2 .
  • the solid line in the figure represents the total state density
  • the dotted line represents the local state density at the 3d orbital position of V
  • the broken line represents the local state density at the 3d orbital position of Co. It can be said that the half-metallic property is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure.
  • the intermetallic compound of this example has a half-metallic antiferromagnetic property.
  • the Neel temperature was calculated to be 759K.
  • a half-metallic antiferromagnetic material of the present embodiment is an intermetallic compound having a nickel arsenic type crystal structure and represented by a composition formula (MnCo) N 2 .
  • FIG. 24 represents a state density curve in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of nickel arsenic type (MnCo) N 2 .
  • the solid line represents the total density of states
  • the dotted line represents the local state density at the 3d orbital position of Mn
  • the broken line represents the local state density at the 3d orbital position of Co. It can be said that the half-metallic property is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure.
  • the intermetallic compound of this example has a half-metallic antiferromagnetic property.
  • a half-metallic antiferromagnetic material of the present embodiment is an intermetallic compound having a zinc blende type crystal structure and represented by a composition formula (MnCo) N 2 .
  • FIG. 25 represents a state density curve in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of zinc blende type (MnCo) N 2 .
  • the solid line represents the total density of states
  • the dotted line represents the local state density at the 3d orbital position of Mn
  • the broken line represents the local state density at the 3d orbital position of Co. It can be said that the half-metallic property is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure.
  • the intermetallic compound of this example has a half-metallic antiferromagnetic property.
  • a half-metallic antiferromagnetic material of the present Example is an intermetallic compound having a zinc blende type crystal structure and represented by a composition formula (CrNi) N 2 .
  • FIG. 26 represents a state density curve in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of zinc blende type (CrNi) N 2 .
  • the solid line in the figure represents the total state density
  • the dotted line represents the local state density at the 3d orbital position of Cr
  • the broken line represents the local state density at the 3d orbital position of Ni. It can be said that the half-metallic property is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure.
  • the intermetallic compound of this example has a half-metallic antiferromagnetic property.
  • a half-metallic antiferromagnetic material of the present embodiment is an intermetallic compound having a zinc blende type crystal structure and represented by a composition formula (FeNi) As 2 .
  • FIG. 27 represents a state density curve in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of zinc blende type (FeNi) As 2 .
  • the solid line in the figure represents the total state density
  • the dotted line represents the local state density at the 3d orbital position of Fe
  • the broken line represents the local state density at the 3d orbital position of Ni.
  • the LDA + U method was adopted instead of the KKR-CPA-LDA method.
  • the half-metallic property is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure. Since the pnictogen As is trivalent, the number of effective d electrons of Fe and Ni is 5 and 7, respectively, and the total number of effective d electrons is 12. As a result of integrating the upward spin total electron density and the downward spin total electron density to Fermi energy, both integrated values are slightly different, so it can be said that the magnetization remains slightly. From the above results, it can be said that the intermetallic compound of this Example has half-metallic ferrimagnetism.
  • a half-metallic antiferromagnetic material of the present Example is an intermetallic compound having a wurtzite type crystal structure and represented by a composition formula (MnCo) N 2 .
  • FIG. 28 shows a state density curve in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of wurtzite (MnCo) N 2 .
  • the solid line represents the total density of states
  • the dotted line represents the local state density at the 3d orbital position of Mn
  • the broken line represents the local state density at the 3d orbital position of Co. It can be said that the half-metallic property is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure.
  • the intermetallic compound of this example has a half-metallic antiferromagnetic property.
  • FIG. 29 represents a state density curve in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of rock salt type (MnCo) N 2 .
  • the solid line represents the total density of states
  • the dotted line represents the local state density at the 3d orbital position of Mn
  • the broken line represents the local state density at the 3d orbital position of Co. It can be said that the half-metallic property is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure.
  • the intermetallic compound of this example has a half-metallic antiferromagnetic property.
  • a half-metallic antiferromagnetic material of the 29th embodiment this embodiment has a chalcopyrite type crystal structure, which is an intermetallic compound represented by a composition formula (MnCo) N 2.
  • FIG. 30 represents a state density curve in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of chalcopyrite type (MnCo) N 2 .
  • the solid line represents the total density of states
  • the dotted line represents the local state density at the 3d orbital position of Mn
  • the broken line represents the local state density at the 3d orbital position of Co. It can be said that the half-metallic property is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure.
  • the intermetallic compound of this example has a half-metallic antiferromagnetic property.
  • a half-metallic antiferromagnetic material of the present embodiment is an intermetallic compound having a chalcopyrite type crystal structure and represented by a composition formula (CrNi) N 2 .
  • FIG. 31 represents a state density curve in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of chalcopyrite type (CrNi) N 2 .
  • the solid line in the figure represents the total state density
  • the dotted line represents the local state density at the 3d orbital position of Cr
  • the broken line represents the local state density at the 3d orbital position of Ni. It can be said that the half-metallic property is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure.
  • the intermetallic compound of this example has a half-metallic antiferromagnetic property.
  • a half-metallic antiferromagnetic material of the present embodiment is an intermetallic compound having a zinc blende type crystal structure and represented by a composition formula (CrMn 0.5 Co 0.5 ) Se 2 .
  • FIG. 32 represents a state density curve in an antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of zinc blende type (CrMn 0.5 Co 0.5 ) Se 2 .
  • the solid line in the figure represents the total state density, and the dotted line and the two types of broken lines represent the local state density at the 3d orbital positions of Cr, Mn, and Co, respectively. It can be said that the half-metallic property is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure.
  • Se which is a chalcogen
  • Mn and Co are 5 and 7, respectively, and the effective d electron of Mn 0.5 Co 0.5 is 6.
  • the number of effective d electrons of Cr is 4, the total number of effective d electrons is 10.
  • a half-metallic antiferromagnetic material of the present embodiment has a zinc blende type crystal structure and is represented by the composition formula (Ti 0.5 Cr 0.5 Fe 0.5 Ni 0.5 ) Se 2 . It is an intermetallic compound represented.
  • FIG. 33 shows the density of states in the antiferromagnetic state obtained by conducting the first principle electronic state calculation of zinc blende type (Ti 0.5 Cr 0.5 Fe 0.5 Ni 0.5 ) Se 2 . It represents a curve.
  • the solid line in the figure represents the total state density, the dotted line, the two types of broken lines, and the alternate long and short dash line represent the local state density at the 3d orbital positions of Fe, Ni, Ti and Cr, respectively.
  • the half-metallic property is expressed from the state density curve shown by the solid line in the figure.
  • Se which is chalcogen, is bivalent, so the number of effective d electrons of Ti and Cr is 2 and 4, respectively, and the number of effective d electrons of Ti 0.5 Cr 0.5 is 3.
  • the number of effective d electrons of Fe and Ni is 6 and 8, respectively, and the number of effective d electrons of Fe 0.5 Ni 0.5 is 7. Therefore, the total number of effective d electrons of Ti, Cr, Ni, and Fe is 10.
  • both integral values were equal.
  • the intermetallic compound of this example has a half-metallic antiferromagnetic property.
  • HM and M in the chart represent half-metallic and normal metal, respectively.
  • AF”, “F”, “Ferri”, and “NM” represent antiferromagnetic, ferromagnetic, ferrimagnetic, and nonmagnetic, respectively. Whether the intermetallic compound has an antiferromagnetic or ferromagnetic magnetic structure depends on the state density curve in the ferromagnetic state and the antiferromagnetic state obtained from the first principle electronic state calculation. Can be determined by calculating the sum of the kinetic energies.
  • the state in which the sum of the kinetic energy of electrons is the smallest is the most stable state, and the intermetallic compound has the magnetic structure in the most stable state.
  • A is the lattice constant
  • muB is ⁇ B (Bohr magneton)
  • E_form is the energy of compound formation
  • E_order is the ordering energy
  • TN is the Neel temperature
  • Cl.App Indicates that the method using the Cluster approximation is adopted as the method for calculating the Neel temperature.
  • “latt. Const. Default” indicates that a lattice constant corresponding to the volume determined from the ion radius of each ion is used.
  • CrFeSe 2 Se, which is a chalcogen, is divalent as described above, and therefore the number of effective d electrons of Cr and Fe is 4 and 6, respectively, and the sum of the number of effective d electrons is 10.
  • CrFeSe 2 exhibits half-metallic antiferromagnetism even when it has any crystal structure of nickel arsenic type, zinc blende type, wurtzite type, rock salt type and chalcopyrite type. .
  • Neel temperatures are 1094K, 640K, 759K, 1016K, 1025K, 926K and 880K, which are values much higher than room temperature.
  • Neel temperature of the antiferromagnetic half-metallic semiconductor is several hundreds K at high, several tens K in low, nickel arsenic type CrFeSe 2, zinc blende type CrFeS 2, zinc blende type Vcos 2 and zinc blende According to the type CrFeSe 2 , a Neel temperature higher than that of the antiferromagnetic half-metallic semiconductor can be obtained. For the intermetallic compounds other than the above seven intermetallic compounds, it is considered that a Neel temperature exceeding room temperature can be obtained.
  • some of the intermetallic compounds that have been subjected to the first principle electronic state calculation include those showing ferrimagnetism, but antiferromagnetism can be reduced by adjusting conditions such as the concentration of the magnetic element. The possibility of expression is considered high.
  • the present inventors have prepared zinc blende type Co (Ti 0.5 Cr 0.5 ) X 2 containing chalcogen X (X is Se, Po, Te or S), zinc blende type V (Fe 0.5 ) . 5 Ni 0.5 ) X 2 , zinc blende type (Ti 0.5 Cr 0.5 ) (Ni 0.5 Fe 0.5 ) X 2 , zinc blende type Fe (Mn 0.5 V 0.5 ) X 2 , zinc blende type Cr (Mn 0.5 Co 0.5 ) X 2 , zinc blende type (Mn 0.5 V 0.5 ) (Co 0.5 Mn 0.5 ) X 2 , nickel arsenic type Co (Ti 0.5 Cr 0.5) X 2, nickel arsenic type V (Ni 0.5 Fe 0.5) X 2, nickel arsenic type (Ti 0.5 Cr 0.5) (Ni 0.
  • the first-principles electronic state calculation was also performed for zinc blende-type Co (Fe 0.5 Cr 0.5 ) N 2 containing pnictogen, and it was confirmed that it had half-metallic antiferromagnetism.
  • the combination of two or more kinds of magnetic elements and chalcogen or pnictogen may exhibit half-metallic antiferromagnetism even if the combination is other than the above-described combination in which the first principle electronic state calculation is performed. .
  • the half-metallic antiferromagnetic material according to the present invention has a stable magnetic structure that is chemically stable and still has a Neel temperature much higher than room temperature. Therefore, a device using the half-metallic antiferromagnetic material can operate stably at room temperature.

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Abstract

　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。 　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。

Description

ハーフメタリック反強磁性体
　本発明は、反強磁性を有し、且つ上向き電子スピン状態及び下向き電子スピン状態の内、一方の電子スピン状態で金属としての性質を示すのに対して他方の電子スピン状態で絶縁体或いは半導体としての性質を示すハーフメタリック反強磁性体に関するものである。
　ハーフメタリック反強磁性は、ファン・ロイケンとド・グルートによって最初に提案された概念であり(非特許文献１参照)、ハーフメタリック反強磁性体は、上向き電子スピン状態及び下向き電子スピン状態の内、一方の電子スピン状態で金属としての性質を示すのに対して、他方の電子スピン状態で絶縁体或いは半導体としての性質を示す物質である。
　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。
van　Leuken　and　de　Groot,　Phys.　Rev.　Lett.　74,1171(1995) W.E.Pickett,　Phys.　Rev.　B57,　10613(1998) H.Akai　and　M.Ogura,　Phys.　Rev.　Lett.　97,　06401(2006) M.Ogura,　Y.Hashimoto　and　H.Akai,　Physica　Status　Solidi　C　3,4160(2006) M.Ogura,　C.Takahashi　and　H.Akai,　Journal　of　Physics:　Condens.　Matter　19,　365226(2007) H.Akai　and　M.Ogura,　Journal　of　Physics　D:Applied　Physics　40,　1238(2007) H.Akai and M.Ogura, HyperfineInteractions (2008) in press ＷＯ２００６／０２８２９９号公報 特願２００６－２１９９５１の明細書
　しかしながら、本発明者らの研究の結果、ピケットがハーフメタリック反強磁性を示す可能性を予言した金属間化合物Ｌａ２ＭｎＶＯ６は、ハーフメタリック反強磁性が発現する可能性は低く、ハーフメタリック反強磁性が発現したとしても安定な磁気構造である可能性は低いことが判明した。又、半導体を母体とした反強磁性ハーフメタリック半導体においては、磁性イオン間に強い引力的相互作用があるため、母体中で磁性イオンがクラスター化して、或いは平衡状態では二相分離を起こして、母体中に磁性イオンが析出した状態となる。従って、結晶状態を組み難く、化学的に不安定である問題がある。又、化学結合が弱いため、磁気的結合も弱く、磁気構造が不安定である問題がある。
　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。
　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。
　磁性元素の有効ｄ電子数は、磁性元素の全価電子数から、カルコゲン或いはプニクトゲンが共有結合或いはイオン結合のために失う電子数、即ちイオン価数を減算した数である。ここで、磁性元素の全価電子数は、原子中の電子の数(原子番号)からコア電子の数(３ｄ遷移金属元素にあっては１８)を減算した値である。例えば、カルコゲンは２価であるので、Ｃｒ(原子番号２４)とＦｅ(原子番号２６)の有効ｄ電子数はそれぞれ、４個(＝２４－１８－２)と６個(=２６－１８－２)となる。又、プニクトゲンは３価であるので、Ｍｎ(原子番号２５)とＣｏ(原子番号２７)の有効ｄ電子数はそれぞれ、４個(＝２５－１８－３)と６個(＝２７－１８－３)となる。
　又、２種類以上の磁性元素の有効ｄ電子数の総和は、次のようにして求めることも出来る。例えば組成式ＡＢＸ２(Ａ及びＢは磁性元素、Ｘはカルコゲン)で表わされるハーフメタリック反強磁性体においては、カルコゲンＸがｓｐ電子による結合状態に供給する価電子数は１２個(＝６×２)であり、ｓｐ電子による結合状態には化学式量当たり１６個(=８×２)の価電子が収容される。従って、磁性元素Ａ及びＢからは４個(=１６－１２)の電子が該結合状態に供給されることになり、磁性元素Ａの全価電子数と磁性元素Ｂの全価電子数の総数から該電子の数である４を減算して得られる値が有効ｄ電子数の総和となる。磁性元素ＡがＣｒ(原子番号２４)、磁性元素ＢがＦｅ(原子番号２６)である場合には、磁性元素Ａの全価電子数は６個(＝２４－１８)、磁性元素Ｂの全価電子数は８個(=２６－１８)であるので、全価電子数の総数は１４個となり、磁性元素Ａ及びＢの有効ｄ電子数の総和は１０(＝１４－４)となる。一方、上記組成式ＡＢＸ２においてＸがプニクトゲンであるハーフメタリック反強磁性体においては、プニクトゲンＸがｓｐ電子による結合状態に供給する価電子数は１０個(=５×２)であるので、磁性元素Ａの全価電子数と磁性元素Ｂの全価電子数の総数から該電子の数である６を減算して得られる値が有効ｄ電子数の総和となる。
　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。
　上記本発明に係る化合物がハーフメタリック反強磁性を発現する理由は次のように考えられる。以下の説明では、磁性元素が２種類である場合について説明する。
　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。
　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では、図３９に示す如く、ｄ状態から作られるバンド(ｄバンド)は交換分裂して典型的な強磁性体のバンド構造を示すことになる。ここで、局所磁気モーメントを互いに平行に揃えることによるエネルギー利得は、バンドが少し広がることによって生じ、このバンドの広がりは、エネルギーの異なる磁性元素Ａのｄ状態と磁性元素Ｂのｄ状態とが混成することによって生じる。この様に、異なるエネルギー状態間の混成によってバンドエネルギー利得が生じることを超交換相互作用という。磁性元素Ａと磁性元素Ｂの間のｄ状態の混成の強さを表わす飛び移り積分をｔとすると、局所磁気モーメントを互いに平行に揃えることによるエネルギー利得Ｅ１は、下記数式１で表わされる。
(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。
　一方、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反平行に向いている状態では、図４０に示す如く、ｄ状態から作られるバンドはスピン分裂して、平行に向いている状態とは異なるバンド構造を示すことになる。局所磁気モーメントを互いに反平行に揃えることによるエネルギー利得は、上向きスピンバンドにおいてエネルギー的に縮退した磁性元素Ａと磁性元素Ｂのｄ状態が強く混成して結合ｄ状態と反結合ｄ状態を作り、結合ｄ状態を主として電子が占めることによって生じる。この様に、エネルギー的に縮退した状態間の混成によってバンドエネルギー利得が生じることを二重交換相互作用という。二重交換相互作用によるエネルギー利得Ｅ２は、飛び移り積分をｔとすると、－ｔに比例する。又、下向きスピンバンドにおいては、強磁性の場合と同様に、超交換相互作用によるエネルギー利得が生じる。
　超交換相互作用によるエネルギー利得が飛び移り積分ｔの２次に比例(二次摂動)するのに対して、二重交換相互作用によるエネルギー利得は飛び移り積分ｔの１次に比例(縮退が起こる場合の一次摂動)する。従って、一般に、超交換相互作用よりも二重交換相互作用の方が大きなエネルギー利得を生じる。二重交換相互作用が生じるためには、ｄ状態に縮退が起こらなければならず、局所磁気モーメントが互いに反平行に向いている状態では、磁性元素Ａの有効ｄ電子数と磁性元素Ｂの有効ｄ電子数の和が３ｄ電子軌道の最大収容電子数である１０或いは１０に近い値であるときに、この様な縮退が起こる。
　上述の如く、有効ｄ電子数の和が１０或いは１０に近い値であるときには、ＡとＢの局所磁気モーメントは互いに反平行に向いた方がエネルギー的に有利である。又、強磁性交換分裂の２倍に相当する大きな交換分裂の効果を受ける下向きスピンバンドにおいては、図４０に示す如く、大きなギャップが形成され、フェルミエネルギーがギャップの中央付近に位置することになる。
　又、共有性の強い閃亜鉛鉱型結晶構造、ウルツ鉱型結晶構造及びカルコパイライト型結晶構造は４配位、イオン性を有するニッケルヒ素型結晶構造及び岩塩型結晶構造は６配位であり、何れの結晶構造も強い化学結合を作るが、ｓ状態やｐ状態に関しては、４配位の結晶構造を有する物質の方が結合・反結合分裂が小さく半導体的な性質を有し、６配位の結晶構造を有する物質の方が絶縁体的な性質を有している。本来はバンドギャップが存在した領域に磁性元素のｄ状態からなるバンドが割り込んでくるのであるが、上向きスピンバンド及び下向きスピンバンドの内、一方のスピンバンドでは、本来のバンドギャップが残ってハーフメタリックが発現することになる。又、磁性元素のｄ状態は周りの陰イオンと混成するのであるが、原子軌道としてのｄ状態の性質を保っており、大きな磁気分裂と局所磁気モーメントを残して安定な反強磁性を発現することになる。
　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。
　上記本発明に係るハーフメタリック反強磁性体は、半導体を母体としたハーフメタリック反強磁性半導体の様に磁性イオンが母体中に析出した状態ではなく、カルコゲン或いはプニクトゲンが磁性元素と互いに化学結合してなる化合物であって、その結合は十分に強く、生成エネルギーの計算からも安定な化合物であると言える。尚、類似する多くの化合物(例えば、ニッケルヒ素型等の種々の結晶構造を有する遷移金属カルコゲナイド)が安定に存在することも知られている。
　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。
　第１の具体的構成を有するハーフメタリック反強磁性体は、２種類の磁性元素とカルコゲンとから構成されており、該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。カルコゲンは２価であるので、これらの組合せによれば、有効ｄ電子数の総和は９～１２の値をとることになる。
　第２の具体的構成を有するハーフメタリック反強磁性体は、２種類の磁性元素とプニクトゲンとから構成されており、該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。プニクトゲンは３価であるので、これらの組合せによれば、有効ｄ電子数の総和は６～１２の値をとることになる。
　第３の具体的構成を有するハーフメタリック反強磁性体は、３種類の磁性元素とカルコゲンとから構成されており、該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。
　３種類の磁性元素が、ＣｏとＴｉとＣｒ、ＶとＦｅとＮｉ、ＦｅとＭｎとＶ、及びＣｒとＭｎとＣｏの何れかの組合せであるハーフメタリック反強磁性体は、例えば組成式(ＡＢ０.５Ｃ０.５)Ｘ２(Ａ、Ｂ及びＣは磁性元素、Ｘはカルコゲン)で表わされる。組成式(ＣｏＴｉ０.５Ｃｒ０.５)Ｘ２で表わされるハーフメタリック反強磁性体においては、Ｔｉ及びＣｒの有効ｄ電子数はそれぞれ２個及び４個であるので、Ｔｉ０.５Ｃｒ０.５の有効ｄ電子数は３個となり、Ｃｏの有効ｄ電子数は７個であるので、ＣｏとＴｉとＣｒの有効ｄ電子数の総和は１０となる。同様に、ＶとＦｅとＮｉ、ＦｅとＭｎとＶ及びＣｒとＭｎとＣｏの何れの組合せによっても、有効ｄ電子数の総和は１０となる。
　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。
　第４の具体的構成を有するハーフメタリック反強磁性体は、３種類の磁性元素とプニクトゲンとから構成されており、該３種類の磁性元素はＣｏとＦｅとＣｒである。
　上記具体的構成を有するハーフメタリック反強磁性体は、例えば組成式Ｃｏ(Ｆｅ０.５Ｃｒ０.５)Ｘ２(Ｘはプニクトゲン)で表わされ、ＦｅとＣｒの有効ｄ電子数はそれぞれ５個と３個であるので、Ｆｅ０.５Ｃｒ０.５の有効ｄ電子数は４個となり、Ｃｏの有効ｄ電子数は６個であるので、有効ｄ電子数の総和は１０となる。
　第５の具体的構成を有するハーフメタリック反強磁性体は、４種類の磁性元素とカルコゲンとから構成されており、該４種類の磁性元素はＴｉとＣｒとＦｅとＮｉである。
　上記具体的構成を有するハーフメタリック反強磁性体は、例えば組成式(Ｔｉ０.５Ｃｒ０.５Ｆｅ０.５Ｎｉ０.５)Ｘ２(Ｘはカルコゲン)で表わされ、ＴｉとＣｒの有効ｄ電子数はそれぞれ２個と４個であるので、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個であるので、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。
　本発明によれば、化学的に安定に存在し、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実現することが出来る。
図１はカルコパイライト型(ＣｒＦｅ)Ｐｏ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図２はカルコパイライト型(ＣｒＦｅ)Ｓ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図３はカルコパイライト型(ＣｒＦｅ)Ｓｅ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図４はカルコパイライト型(ＣｒＦｅ)Ｔｅ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図５はカルコパイライト型(ＶＣｏ)Ｓ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図６はカルコパイライト型(ＶＣｏ)Ｓｅ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図７は岩塩型(ＣｒＦｅ)Ｓ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図８は岩塩型(ＶＣｏ)Ｓ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図９はニッケルヒ素型(ＣｒＦｅ)Ｓｅ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図１０はウルツ鉱型(ＣｒＦｅ)Ｓ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図１１はウルツ鉱型(ＣｒＦｅ)Ｓｅ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図１２は閃亜鉛鉱型(ＦｅＣｒ)Ｓ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図１３は閃亜鉛鉱型(ＣｒＦｅ)Ｓｅ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図１４は閃亜鉛鉱型(ＣｒＦｅ)Ｔｅ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図１５は閃亜鉛鉱型(ＭｎＣｒ)Ｔｅ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図１６は閃亜鉛鉱型(ＴｉＣｏ)Ｔｅ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図１７は閃亜鉛鉱型(ＴｉＮｉ)Ｐｏ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図１８は格子定数を１１.０３に設定したときの閃亜鉛鉱型(ＴｉＮｉ)Ｓｅ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図１９は格子定数を１０.９０に設定したときの閃亜鉛鉱型(ＴｉＮｉ)Ｓｅ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図２０は閃亜鉛鉱型(ＶＣｏ)Ｐｏ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図２１は閃亜鉛鉱型(ＶＣｏ)Ｓ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図２２は閃亜鉛鉱型(ＶＣｏ)Ｓｅ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図２３は閃亜鉛鉱型(ＶＣｏ)Ｔｅ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図２４はニッケルヒ素型(ＭｎＣｏ)Ｎ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図２５は閃亜鉛鉱型(ＭｎＣｏ)Ｎ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図２６は閃亜鉛鉱型(ＣｒＮｉ)Ｎ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図２７は閃亜鉛鉱型(ＦｅＮｉ)Ａｓ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図２８はウルツ鉱型(ＭｎＣｏ)Ｎ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図２９は岩塩型(ＭｎＣｏ)Ｎ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図３０はカルコパイライト型(ＭｎＣｏ)Ｎ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図３１はカルコパイライト型(ＣｒＮｉ)Ｎ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図３２は閃亜鉛鉱型(ＣｒＭｎ０.５Ｃｏ０.５)Ｓｅ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図３３は閃亜鉛鉱型(Ｔｉ０.５Ｃｒ０.５Ｆｅ０.５Ｎｉ０.５)Ｓｅ２の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。 図３４は種々の金属間化合物についての第１原理電子状態計算の結果を表わす第１の表である。 図３５は上記結果を表わす第２の表である。 図３６は上記結果を表わす第３の表である。 図３７は反強磁性ドメイン境界を表わす図である。 図３８は組成式ＡＢＸ２で表わされる化合物の非磁性状態での状態密度曲線の概念図である。 図３９は上記化合物の強磁性状態での状態密度曲線の概念図である。 図４０は上記化合物の反強磁性状態での状態密度曲線の概念図である。
　以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
　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。
　具体的には、２種類の遷移金属元素とカルコゲンとから構成され、組成式ＡＢＸ２(Ａ及びＢは遷移金属元素、Ｘはカルコゲン)で表わされる。ここで、２種類の遷移金属元素は、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。又、２種類の遷移金属元素とプニクトゲンとから構成することも可能であって、組成式ＡＢＸ２(Ａ及びＢは遷移金属元素、Ｘはプニクトゲン)で表わされる。ここで、２種類の遷移金属元素は、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。
　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。
　上記本発明に係るハーフメタリック反強磁性体は、固相反応法により調製することが可能であって、調整工程においては、粉末化した磁性元素とカルコゲン或いはプニクトゲンとを十分に混合した後、クオーツガラス管に封入して１０００℃以上に加熱した後、アニール処理を行なう。又、非平衡結晶構造を有するハーフメタリック反強磁性体、例えば閃亜鉛鉱型(ＣｒＦｅ)Ｓ２は、分子線エピタキシー法によって基板上に結晶成長させる。
　上記本発明に係るハーフメタリック反強磁性体は、半導体を母体としたハーフメタリック反強磁性半導体の様に磁性イオンが母体中に析出した状態ではなく、カルコゲン或いはプニクトゲンが磁性元素と互いに化学結合してなる化合物であって、その結合は十分に強く、生成エネルギーの計算からも安定な化合物であると言える。尚、類似する多くの化合物(例えば、ニッケルヒ素型等の種々の結晶構造を有する遷移金属カルコゲナイド)が安定に存在することも知られている。
　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。
　ハーフメタリック反強磁性体は、フェルミ面が１００％スピン分極した物質であるので、スピントロニクス材料として有用である。又、ハーフメタリック反強磁性体は、磁性を有しないため外部の摂動に対して安定であると共に、形状磁気異方性を生じないため電流やスピン注入によるスピン反転が容易に実現できる可能性が高く、高性能磁気メモリや磁気ヘッド材料等のより広い分野への応用が期待される。
　例えば、ＭＲＡＭ(Magnetic　Random　Access　Memory)への応用が考えられる。
　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。
第１実施例
　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)。
　図１は、カルコパイライト型(ＣｒＦｅ)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。
　図中に実線で示す如く、下向きスピン電子の状態密度がゼロとなってバンドギャップＧｐが形成され、該バンドギャップ中にフェルミエネルギーが存在している。一方、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっている。この様に、下向きスピン電子の状態は半導体としての性質を示す一方、上向きスピン電子の状態は金属としての性質を示しており、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、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。
第２実施例
　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。
第３実施例
　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。
第４実施例
　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。
第５実施例
　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。
第６実施例
　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。
第７実施例
　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。
第８実施例
　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。
第９実施例
　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)。
第１０実施例
　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。
第１１実施例
　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。
第１２実施例
　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。
第１３実施例
　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。
第１４実施例
　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。
第１５実施例
　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。
第１６実施例
　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。
第１７実施例
　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。
第１８実施例
　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。
第１９実施例
　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。
第２０実施例
　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。
第２１実施例
　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。
第２２実施例
　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。
第２３実施例
　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。
第２４実施例
　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。
第２５実施例
　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。
第２６実施例
　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。
第２７実施例
　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。
第２８実施例
　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。
第２９実施例
　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。
第３０実施例
　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。
第３１実施例
　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。
第３２実施例
　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。
　図３４乃至図３６は、上述の第１実施例乃至第３０実施例の金属間化合物を含め、種々の金属間化合物ＡＢＸ２についての第１原理電子状態計算の結果を表わしている。図表中の“ＨＭ”及び“Ｍ”は夫々、ハーフメタリック及び通常金属であることを表わしている。“ＡＦ”、“Ｆ”、“Ferri”及び“ＮＭ”は夫々、反強磁性、強磁性、フェリ磁性及び非磁性であることを表わしている。金属間化合物が反強磁性及び強磁性の何れの磁気構造を有しているかは、第１原理電子状態計算から得られる強磁性状態及び反強磁性状態での状態密度曲線から各状態での電子の運動エネルギーの総和を算出することによって判別することが出来る。即ち、電子の運動エネルギーの総和が最も小さい状態が最も安定な状態であり、金属間化合物は、最も安定な状態の磁気構造を有していると言える。又、“ａ”は格子定数、“ｍｕＢ”はμＢ(ボーア磁子)、“Ｅ＿ｆｏｒｍ”は化合物の生成エネルギー、“Ｅ＿ｏｒｄｅｒ”は規則化エネルギー、“ＴＮ”はネール温度、“Ｃｌ.Ａｐｐ”はネール温度の算出方法としてクラスター(Cluster)近似を用いた方法を採用したことを表わしている。更に、“latt.　const.　default”は、各イオンのイオン半径から決まる体積に対応した格子定数を用いたことを表わしている。更に又、例えば“latt.　const.　default＝１０.９２８a.u.”は格子定数を１０.９２８に設定したこと、“latt.　const.　ＣｒＴｅ＝７.８３a.u.”は、ＣｒＴｅの格子定数を７.８３に設定したこと、“latt.　const.　of　ＣｒＳｅ”は、ＣｒＳｅの格子定数を用いたことを表わしている。
　例えばＣｒＦｅＳｅ２については、上述の如くカルコゲンであるＳｅは２価であるのでＣｒとＦｅの有効ｄ電子数はそれぞれ４個及び６個であり、有効ｄ電子数の和は１０となる。ＣｒＦｅＳｅ２は、図表に示す如く、ニッケルヒ素型、閃亜鉛鉱型、ウルツ鉱型、岩塩型及びカルコパイライト型の何れの結晶構造を有する場合であっても、ハーフメタリック反強磁性を示している。
　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、図表に示す金属間化合物の内、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、閃亜鉛鉱型ＶＣｏＳｅ２、ウルツ鉱型ＣｒＦｅＳ２、ウルツ鉱型ＣｒＦｅＳｅ２、岩塩型ＣｒＦｅＳ２、カルコパイライト型ＣｒＦｅＴｅ２、カルコパイライト型ＣｒＦｅＳ２、カルコパイライト型ＶＣｏＳ２、カルコパイライト型ＣｒＦｅＳｅ２、カルコパイライト型ＶＣｏＳｅ２及びカルコパイライト型ＣｒＦｅＰｏ２は、エネルギー的に極めて安定に存在すると共に、十分に高いネール温度が得られ、然も無害な物質であるので、ハーフメタリック反強磁性体として有望であると考えられる。
　又、本発明者らは、カルコゲンＸ(ＸはＳｅ、Ｐｏ、Ｔｅ或いはＳ)を含む閃亜鉛鉱型Ｃｏ(Ｔｉ０.５Ｃｒ０.５)Ｘ２、閃亜鉛鉱型Ｖ(Ｆｅ０.５Ｎｉ０.５)Ｘ２、閃亜鉛鉱型(Ｔｉ０.５Ｃｒ０.５)(Ｎｉ０.５Ｆｅ０.５)Ｘ２、閃亜鉛鉱型Ｆｅ(Ｍｎ０.５Ｖ０.５)Ｘ２、閃亜鉛鉱型Ｃｒ(Ｍｎ０.５Ｃｏ０.５)Ｘ２、閃亜鉛鉱型(Ｍｎ０.５Ｖ０.５)(Ｃｏ０.５Ｍｎ０.５)Ｘ２、ニッケルヒ素型Ｃｏ(Ｔｉ０.５Ｃｒ０.５)Ｘ２、ニッケルヒ素型Ｖ(Ｎｉ０.５Ｆｅ０.５)Ｘ２、ニッケルヒ素型(Ｔｉ０.５Ｃｒ０.５)(Ｎｉ０.５Ｆｅ０.５)Ｘ２、カルコパイライト型Ｃｏ(Ｔｉ０.５Ｃｒ０.５)Ｘ２、カルコパイライト型Ｖ(Ｎｉ０.５Ｆｅ０.５)Ｘ２、カルコパイライト型(Ｔｉ０.５Ｃｒ０.５)(Ｎｉ０.５Ｆｅ０.５)Ｘ２、ウルツ鉱型Ｖ(Ｆｅ０.５Ｍｎ０.５)Ｘ２、ウルツ鉱型(Ｖ０.５Ｍｎ０.５)(Ｍｎ０.５Ｃｏ０.５)Ｘ２、及び岩塩型Ｃｏ(Ｔｉ０.５Ｃｒ０.５)Ｘ２についても第１原理電子状態計算を行ない、何れの金属間化合物もハーフメタリック反強磁性を有することを確認した。更に、プニクトゲンを含む閃亜鉛鉱型Ｃｏ(Ｆｅ０.５Ｃｒ０.５)Ｎ２についても第１原理電子状態計算を行ない、ハーフメタリック反強磁性を有することを確認した。
　尚、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、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。
　上述の如く、本発明に係るハーフメタリック反強磁性体は、化学的に安定で、然もネール温度が室温よりも遥かに高く安定な磁気構造を有している。従って、該ハーフメタリック反強磁性体を用いたデバイスは、室温で安定した動作を行なうことが出来る。

Claims (16)

  1. 　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ハーフメタリック反強磁性体。
  2. 　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に記載のハーフメタリック反強磁性体。
  3. 　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に記載のハーフメタリック反強磁性体。
  4. 　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ている請求項１乃至請求項３の何れかに記載のハーフメタリック反強磁性体。
  5. 　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に近い値である請求項１乃至請求項４の何れかに記載のハーフメタリック反強磁性体。
  6. 　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乃至請求項５の何れかに記載のハーフメタリック反強磁性体。
  7. 　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乃至請求項６の何れかに記載のハーフメタリック反強磁性体。
  8. 　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７に記載のハーフメタリック反強磁性体。
  9. 　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乃至請求項６の何れかに記載のハーフメタリック反強磁性体。
  10. 　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９に記載のハーフメタリック反強磁性体。
  11. 　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乃至請求項６の何れかに記載のハーフメタリック反強磁性体。
  12. 　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１１に記載のハーフメタリック反強磁性体。
  13. 　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乃至請求項６の何れかに記載のハーフメタリック反強磁性体。
  14. 　前記３種類の磁性元素はＣｏとＦｅとＣｒである請求項１３に記載のハーフメタリック反強磁性体。
  15. 　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乃至請求項６の何れかに記載のハーフメタリック反強磁性体。
  16. 　前記４種類の磁性元素はＴｉとＣｒとＦｅとＮｉである請求項１５に記載のハーフメタリック反強磁性体。
     
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