金属人工格子に関する理論と設計指針の構築

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金属人工格子の巨大磁気抵抗効果に対し、人工格子の界面近傍の不規則配列した磁性原子の存在が重要であることが、前年度の研究に於いて指摘された。この点をふまえ、今年度は、巨大磁気抵抗効果に関し、微視的モデルを用いた計算が重点的になされた。第一に、不規則配列した磁性原子を不純物とみなし、磁気抵抗比の物質依存性が調べられた。Cuを含む人工格子においては、FeとCoの合金属とCu層とからなる人工格子において、大きな磁気抵抗比が得られることが示された。また、遷移金属元素からなる人工格子においては、Fe/Crで巨大磁気抵抗が、Co/RuおよびFe/Ruで比較的大きな磁気抵抗が得られることが示された。以上の計算において、不規則配列した磁性原子の磁気モ-メントとd電子数が、磁気抵抗に対して、重要なパラメ-タであることが指摘された。第二子、界面近傍の不規則配列した原子によるランダムポテンシャルを、層に依存するコヒ-レントポテンシャル近似を用いて取り扱い、磁気抵抗の磁場依存性が調べられた。これらの計算結果は、実験事実と一致しており、したがって、界面近傍の不規則配列した磁性原子が、巨大磁気抵抗に対し重要な役割をはたしていることが確かめられたといえる。第三に、Fe、Co又はNiとCrからなる人工格子に対し、人工格子固有の周期性を取り入れたバンド計算がなされ、それらの電子構造及び磁気的性質が調べられた。この計算においても、界面における不規則性が、磁気抵抗に影響を及ぼすことが指摘された。最後に、Fe3原子層、Cr3原子層とからなるFe/Cr人工格子のフェルミ面がバンド計算によって得られ、フェルミ面の効果のみでも磁気抵抗効果が生じ得ることが指摘された。その定量性については、今後の課題である。磁気抵抗効果以外の研究結果については次の通りである。窒素やボロン(Xと記す)が強磁性鉄(001)面に侵入した人工格子(FeX)_1ー(Fe)_5に対する第一原理からのバンド計算が行われた。その結果、FeX面から離れたFe原子の磁気モ-メントが増加することが示された。遷移金属を含む系に、第一原理分子動力学法を拡張する定式化及びプログラムの拡張、開発が行われた。前段階として、Alが吸着したSi(111)面の構造が、この方法により調べられた。