結晶中遷移金属イオン・希土類イオンにおける多重項構造の第一原理計算

晶体中过渡金属离子和稀土离子多重结构的第一性原理计算

• 批准号: 13750610
• 负责人: 小笠原 一禎
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Kwansei Gakuin University (2002)Kyoto University (2001)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750610/
• 关键词: 電子状態計算; 第一原理計算; 多重項; 固体レーザー; XANES; 遷移金属; 希土類; ELNES; 原子空孔; 溶質元素

本研究では研究代表者が新規に開発した相対論的配置間相互作用計算プログラムを活用して、希土類イオン固体レーザー材料における光学スペクトルの解析や遷移金属化合物におけるX線吸収スペクトル吸収端近傍微細構造(XANES)の解析を行った。まず、固体レーザー材料については、Ce^<3+>,Pr^<3+>,Nd^<3+>などの軽希土類イオンに加えて、Yb^<3+>イオンの4f5d遷移スペクトルの第一原理計算を行った。Yb^<3+>の場合は、13次のスレーター行列式を924個用いるという超大規模計算となるが、対称性を具体的に考慮することによって、計算の効率化・大規模化を実現する計算プログラムを前年度に開発したことにより、このような計算も実用的な速度で実行することが可能となった。CaF_2中のPr^<3+>,Nd^<3+>,YPO_4中のYb^<3+>などについて、実験によって観測されている4f5d遷移スペクトルを第一原理計算によって再現すると共に、ピークの起源を明確にすることができた。一方、X線吸収スペクトル吸収端近傍微細構造については、遷移金属L_<2,3>吸収端などでは、磁場を印加することにより、円二色性が現れ、磁性の解析に有効であることが知られている。現在の計算プログラムでは磁場の効果を直接考慮することはできないが、2重群の対称性を利用して、磁気量子数の異なる状態をある程度区別することは可能である。したがって、遷移の始状態を区別することにより、無限小の磁場に対応した磁気円二色性の計算が可能となる。今回、この手法を用いて実際にNiOのNiL_<2,3>吸収端の第一原理計算を行った結果、パラメーターを一切用いることなく、遷移金属化合物における磁気円二色性の計算が可能であることが示された。

This study is aimed at studying the application of new methods developed by the representative to calculate the interaction between configurations of rare earth solid materials and the analysis of X-ray absorption structures (XANES). First principles calculations for the 4f5d migration of rare earth materials such as Ce^<3+>,Pr^<3 +>,Nd^<3+> and Yb^<3+> were carried out. Yb^<3+> In the case of the 13th order, the determinant has 924 uses. The calculation of super-large scale is considered concretely. The calculation of efficiency and large-scale is realized. The calculation of speed is possible in the previous year. Pr^<3+>,Nd^<3 +>, Yb^<3 +> in CaF_2, YPO_4 are the most important elements in the 4f5d migration process. The first principles calculations are used to determine the origin of Pr ^<3 +>, Nd ^<3 +> and Yb^<3 +>. A side, X-ray absorption end near the absorption end of the fine structure, migration metal L_<2,3> absorption end, magnetic field, dichroism, magnetic analysis, there is no known. Now the calculation of magnetic field effect directly consider the use of symmetry of double group, magnetic quantum number of different state, the degree of difference, it is possible. It is possible to calculate the dichroism of magnetic particles in infinitely small magnetic fields The results of first-principles calculations for NiO at the absorption end of NiO are presented in this paper. It is possible to calculate the magnetic dichroism of NiO at the absorption end of NiO.

项目成果

Koji Fujimura: "Relativistic Multiplet Calculations of Absorption Spectra for Rare-Earth-Based Solid-State Laser Materials"Advanced Materials and Proceedings (PRICM4). 1. 583-585 (2001)

Koji Fujimura：“稀土基固体激光材料吸收光谱的相对论多重计算”《先进材料与会议录》(PRICM4)。

Kazuyoshi Ogasawara: "First-Principles Calculation of Multiplet Effects in Transition-Metal L_<2,3>-edge ELNES"Advanced Materials and Proceedings (PRICM4). 549-550 (2001)

Kazuyoshi Ogasawara：“过渡金属 L_<2,3>-边缘 ELNES 中多重效应的第一原理计算”Advanced Materials and Proceedings (PRICM4)。

H.Adachi, K.Ogasawara: "Many-electron Theory for Electronic Transition Process Its importance in Materials Science"Advances in Quantum Chemistry. 42. 1 (2003)

H.Adachi、K.Ogasawara：“电子跃迁过程的多电子理论及其在材料科学中的重要性”量子化学进展。

小笠原 一禎: "緒晶中の遷移金属イオンによるX線吸収端近傍微細構造の第一原理計算"固体物理. 37. 389 (2002)

Kazuyoshi Ogasawara：“晶体中过渡金属离子引起的 X 射线吸收边缘附近精细结构的第一性原理计算”固体物理 37. 389 (2002)。

T.Ishii, K.Ogasawara, H.Adachi: "Many-Electron Calculation for the Analysis of Optical Absorption Spectra in Cr^<4+> doped Solid-State Laser Crystals"Advances in Quantum Chemistry. 42. 67 (2003)

T.Ishii、K.Ogasawara、H.Adachi：“用于分析 Cr^4 掺杂固态激光晶体中光学吸收光谱的多电子计算”量子化学进展。