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相対論的効果を導入したスピン依存伝導の理論と第一原理計算手法の確立

建立自旋相关传导理论和结合相对论效应的第一性原理计算方法

基本信息

批准号：
10J06092
负责人：
小田洋平
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度の研究では、密度汎関数法に基づく物質の電子状態の第一原理計算により、電子のスピン軌道相互作用に起因する物理特性・現象である結晶磁気異方性、および、スピンホール効果の物質依存性を明らかにした。具体的には、高磁気異方性が期待されるL10型構造のFePt, CoPt, FePd, MnAl規則合金、および、正方晶Fe-Co合金に着目し、その結晶磁気異方性エネルギーをスピン軌道相互作用に関する二次摂動のエネルギー変化を見積もることによって評価・分析を行った。その結果、FePtやCoPt合金ではPt原子の大きなスピン軌道相互作用によって結晶磁気異方性がもたらされているのに対し、FeCoやMnAl合金ではスピン軌道相互作用は小さいものの結晶磁気異方性の発現に有利なバンド構造を有していることが分かった。ただし、本来は不規則合金であるFe-Co合金では、電子の散乱に基づく寿命を無視できず、それが結晶磁気異方性に重大な影響を与えることが明らかになった。特に、FeCoやMnAl合金の結晶磁気異方性のメカニズムが解明されたことは、将来、希土類・貴金族などの希少元素を用いない新しい磁石材料を理論的に設計するための指針として重要な成果である。さらに、同じスピン軌道相互作用を起源とする非磁性金属のスピンホール効果にも着目し、Pd-Ag、Pd-Pt、Pt-Au合金のスピンホール伝導度、および、電流-スピン流変換効率の指標となるスピンホール角の定量評価を行った。その結果、高濃度合金では内因性機構に基づくスピンホール効果によって高いスピンホール角が期待され、高効率な電流-スピン流変換が期待できることを示した。本研究によって得られた成果は優れた特性を有する磁石材料や電流-スピン流変換材料の開発に大きく貢献するものである。

This year's research is aimed at clarifying the substance dependence of crystalline magnetic anisotropy, electron orbit interaction, and the causes of electronic states of fundamental substances by the density dependent method. Specific high-magnetic anisotropy is expected to occur in FePt, CoPt, FePd, MnAl regular alloys with L10-type structures, and in tetragonal Fe-Co alloys. The secondary kinetic transformation related to orbital interaction is observed and evaluated. As a result, FePt and CoPt alloys have a favorable structure for the development of crystalline magnetic anisotropy due to large orbital interactions of Pt atoms, while FeCo and MnAl alloys have a favorable structure for the development of crystalline magnetic anisotropy due to small orbital interactions. Fe-Co alloys are inherently irregular alloys, and electron scattering is a major influence on the lifetime of the base alloy. In particular, FeCo and MnAl alloy crystal magnetic anisotropy of the solution of the problem, in the future, rare earth, noble metal group, rare elements of the use of new magnetic materials theory design, guidance and important results. Non-magnetic metals such as Pd-Ag, Pd-Pt and Pt-Au alloys have been investigated for their conductivity, conductivity and current-to-current conversion rate. As a result, high concentration alloys have intrinsic mechanisms, high efficiency alloys, high current efficiency alloys, and high efficiency alloys. The results of this study are as follows: magnetic materials and current-exchange materials contribute greatly to the development of magnetic materials