Electronic properties of transuranium compounds with HoCoGa-type tetragonal crystal structure

眞榮平 孝裕*; 堀田 貴嗣; 上田 和夫*; 長谷川 彰*

New Journal of Physics (Internet), 8(2), p.24_1 - 24_20, 2006/02

https://doi.org/10.1088/1367-2630/8/2/024

相対論的バンド計算手法を用いて、NpTGa, PuTGa, AmCoGa(Tは遷移金属原子)のエネルギーバンド構造及びフェルミ面を調べた。これらの物質に共通の性質として、フェルミ準位近傍のエネルギーバンドは、5f電子とGaの4p電子の大きな混成によって生じる。PuCoGa(T=Co, Rh, Ir)に対しては、大きな体積を持つ複数枚の円筒状フェルミ面が得られた。NpFeGa, NpCoGa, NpNiGaのフェルミ面はそれぞれ、細かい点を別にすれば、UCoGa, UNiGa, PuCoGaのそれに形状がよく似ている。AmCoGaのフェルミ面は、大きな体積を持つ円筒状の電子フェルミ面と小さな閉じたホール面から構成されるが、これはPuCoGaのフェルミ面構造とよく似ている。これらの類似性は、バンド構造が物質ごとにほとんど変化しないままフェルミ準位のみが変化する、という描像で理解される。

Quasi-two-dimensional Fermi surfaces in the flat antiferromagnetic Brillouin zone of NpRhGa studied by dHvA experiments and energy band calculations

青木 大*; 山上 浩志*; 本間 佳哉*; 塩川 佳伸; 山本 悦嗣; 中村 彰夫; 芳賀 芳範; 摂待 力生*; 大貫 惇睦

Journal of Physics; Condensed Matter, 17(17), p.L169 - L175, 2005/05

https://doi.org/10.1088/0953-8984/17/17/L03

Ga自己フラックス法により純良なNpRhGa系単結晶を育成し、その低温反強磁性状態でのドハースファンアルフェン(dHvA)振動の観測を行った。その結果、主要なフェルミ面を構成する4種類のほぼ円筒状のフェルミ面を見いだした。これらの擬2次元的なフェルミ面は、本系の低温での扁平な反強磁性ブリリアンゾーンにおいて形成されるものであり、スピン及び軌道分極バンド計算の結果と良い一致を与える。サイクロトロン質量は8.1-11.7m程度であり、バンド質量の約4倍程度増強されていた。本結果は、5f遍歴電子バンドモデルがネプツニウム系磁性化合物に適用できることを示した初めての例である。

calculation of magnetic resonant X-ray scattering spectra in NiO

薄田 学; 高橋 学*; 五十嵐 潤一

Physical Review B, 69(1), p.014408_1 - 014408_7, 2004/01

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.69.014408

この論文では、反強磁性体NiOのNi原子吸収端における磁気共鳴X線散乱スペクトルを第一原理計算に基づいて解析した結果を報告している。散乱振幅の計算では、共鳴過程における双極子遷移及び四重極子遷移を考慮し、また非共鳴散乱振幅も考慮した。スピン軌道相互作用を通して非占有バンドが軌道分極することにより磁気散乱スペクトルが現れることを計算から明らかにした。

Sulfur-doping of rutile-titanium dioxide by ion implantation; Photocurrent spectroscopy and first-principles band calculation studies

梅林 励; 八巻 徹也; 山本 春也; 宮下 敦巳; 田中 茂; 住田 泰史*; 浅井 圭介*

Journal of Applied Physics, 93(9), p.5156 - 5160, 2003/05

https://doi.org/10.1063/1.1565693

イオンビームを利用した手法によって、これまで困難だと言われてきたTiOへのSドープに成功した。本論文では、イオン注入実験の詳細と、S注入TiOの結晶構造,光学特性、及び電子構造について報告している。特筆すべき成果としては、S注入TiOは可視光励起によってVBとCBにキャリアを生成することが明らかになった。この結果は、Sドープによってバンドギャップナロウイングが起きるという理論的な予測と一致している。

Electronic structure and the fermi surface of UTGa (T=Fe, Co, Rh)

眞榮平 孝裕; 樋口 雅彦*; 長谷川 彰*

Physica B; Condensed Matter, 329-333(1-4), p.574 - 575, 2003/05

https://doi.org/10.1016/S0921-4526(02)02450-X

今回、, と同じ-type tetragonal 結晶構造をもつ重い電子系化合物,の電子構造とフェルミ面を相対論的バンド計算に基づいて理論的に明らかにした。得られた電子構造は、フェルミレベル近傍においてUの5成分とGaの4成分がよく混成し、スピン-軌道相互作用により、フェルミレベル上方において、バンドが大きく2つのグループに分裂している。また15,16番目のバンドが、それぞれ閉じたフェルミ面を形成し、キャリアー数の計算から補償された金属であるということが理解された。フェルミ面のトポロジーは、Ce-115系やとは異なり、ブリルアンゾーン内の大きな2次元的フェルミ面は形成しないという結果があらたに得られた。

Analysis of electronic structures of 3d transition metal-doped TiO based on band calculations

梅林 励; 八巻 徹也; 伊藤 久義; 浅井 圭介*

Journal of Physics and Chemistry of Solids, 63(10), p.1909 - 1920, 2002/10

https://doi.org/10.1016/S0022-3697(02)00177-4

F-LAPW法を用いた第一原理バンド計算によって、遷移金属(Cr,Mn,Fe,Co,Ni)をドープした二酸化チタン(TiO)の電子構造解析を行った。TiOにCr,Mn,Fe,Coをドープした時は、バンドギャップ内に占有準位が形成され、電子は不純物t軌道に局在することを明らかにした。この不純物準位は、ドーパントの原子番号が大きくなるに従って低エネルギー側にシフトした。一方、Niを導入した場合は、Ni 3d軌道は、O 2p,Ti 3d軌道とともに価電子帯を形成することがわかった。既報の吸収スペクトル、及び光電流スペクトルの実験結果とわれわれの計算結果とを比較することにより、可視光域における光応答には不純物t準位が大きく関与していることを見出した。

Fermi surface of heavy Fermion compounds CeTIn (T=Rh, Ir, and Co); Band-calculation and tight-binding approach

眞榮平 孝裕; 瀧本 哲也; 堀田 貴嗣; 上田 和夫*; 樋口 雅彦*; 長谷川 彰*

Journal of the Physical Society of Japan, Vol.71, Supplement, p.285 - 287, 2002/00

https://doi.org/10.1143/JPSJS.71S.285

最近、重い電子系物質群に属し超伝導を示す化合物CeTIn(T=Rh, Ir and Co)が発見された。一方、大貫グループ(阪大院理)らにより、CeIrIn,CeCoInの純良な単結晶育成が行われ、明瞭なde Haas van Alphen(dHvA)ブランチが観測されている。観測されたdHvAブランチは円柱形状の2次元的フェルミ面によってよく説明される。さて、CeIrIn及びCeCoGaのようないわゆるCe-115系の電子構造を理解するために、次のような2段階の解析をおこなう。第一段階は、相対論的線形化Augmented Plane Wave法を用いたバンド計算によりフェルミ面を決定する。そして得られたフェルミ面のうち、特にdHvA角度依存の実験によって観測されている2次元的フェルミ面に着目して詳細な解析をする。第二段階は、フェルミレベル近傍のエネルギーバンド構造を、簡単化された強束縛模型を用いて解析をする。最近接Ce イオン間の f電子のホッピングの大きさや結晶場パラメーターは、第一段階のバンド計算において得られたフェルミ面を再現するように決定される。さらにクーロン相互作用をこの強束縛模型に加えることにより、Ce化合物に対する簡単化されたHamiltonianを導出すし、4電子系における磁性及び超伝導を微視的な観点から論じる1つの方法を提案する。

バンド理論を用いたウラン酸化物の物性に関する研究

手島 正吾

JNC TN8400 2000-029, 54 Pages, 2000/10

JNC-TN8400-2000-029.pdf:1.32MB

本報告は、著者が核燃料サイクル開発機構において平成10年4月から平成12年10月までに博士研究員として行った研究内容をまとめたものである。本報告は、3つの内容に分かれる。1)相対論的スピン密度汎関数法に基づくバンド計算法、この計算法をも用いて解析した、2)強磁性体UGe2、3)反強磁性体UO2の電子物性に関する研究である。1)相対論的バンド計算(RBC)法 s、p、d電子系物質を扱うバンド計算法は、基礎面、応用面ともに十分な研究が行われている。しかし、アクチニド化合物のような磁性5f電子を扱うバンド計算法は、非常に複雑でありかつ相対論的アプローチが必要とされるために、その研究が遅れている。本研究では、磁性5f電子に有効な相対論的バンド計算法を定式化した。2)UGe2の電子物性 UGe2は強磁性体であることから、理論による解析が未だ十分に行われていない。そこで、本研究で開発した相対論的バンド計算法を用いてUGe2の電子状態とフェルミ面を解析した。その結果、UGe2は5f電子特有の重い電子系であることが分かり、実験結果と一致する結果を得た。3)核燃料UO2の電子構造 核燃料物質である反強磁性UO2の熱伝導度の振る舞いを把握することは重要である。しかし、熱伝導度に影響を与える電子構造の計算が、相対論的効果を考慮した形では、未だ行われていない。そこで、RBC法を適用し、UO2の電子構造の詳細を明らかにした。