[論文レビュー] Spin, Charge, and Bonding in Transition Metal Mono Silicides

D. van der Marel, A. Damascelli+2 more|Sep 1, 1997

Semiconductor materials and interfaces被引用数 8

ひとこと要約

本研究は、FeSi構造を有する遷移金属モノケイ化物（例：CrSi、FeSi、NiSi）の電子構造を調査し、遷移金属サイトにおける2つの準原子的d状態がその磁気的および結合的性質を支配することを提案する。これはポーリングの仮説を裏付けるものであり、高温においてFeSiが局在的なS=1状態に2つのd電子を有することを示し、これがFe-Si共鳴結合に起因する2つの拡散電子によって補償されることで、低温における特異な電子的および磁気的性質が説明される。

ABSTRACT

We review some of the relevant physical properties of the transition metal mono-silicides with the FeSi structure (CrSi, MnSi, FeSi, CoSi, NiSi, etc) and explore the relation between their structural characteristics and the electronic properties. We confirm the suggestion orginally made by Pauling, that the FeSi structure supports two quasi-atomic d-states at the transition metal atom. This shell contains from 0 to 4 electrons in the sequence CrSi to NiSi. In FeSi the two quasi-atomic d-electrons are responsible for the high temperature S=1 state, which is compensated for T=0 by two itinerant electrons associated with the Fe-Si resonance bonds.

研究の動機と目的

• FeSi構造を有する遷移金属モノケイ化物（CrSi、MnSi、FeSi、CoSi、NiSiを含む）の電子的および磁気的性質を理解すること。
• これらの材料における構造的特徴と電子的挙動の関係を調査すること。
• ポーリングの仮説、すなわちFeSi構造が遷移金属サイトに2つの準原子的d状態を支持することを検証および確認すること。
• 局在的電子と拡散電子の役割が、特にFeSiにおいて磁気的および輸送的挙動を決定する仕組みを明確化すること。
• FeSiにおける高温でのS=1状態の起源と、T=0におけるその拡散電子による補償メカニズムを説明すること。

提案手法

• タイトバインディングおよび局所密度近似の枠組みにおけるバンド構造および電子構造計算に基づく理論的分析。
• FeSi構造内の遷移金属イオンの電子配置をモデル化するための準原子的d状態の概念の使用。
• 特にFeとSi原子間の共鳴の役割を解釈するためのポーリングの結合価理論の適用。
• CrSiからNiSiにかけてのd電子数（0〜4）の分析を通じて、磁気的および電子的挙動との相関を検証。
• 特にT=0におけるFeSiにおける局在的d電子と拡散電子の相互作用、および補償メカニズムの調査。
• 実験データと理論的モデルの両方を用いて、2つの準原子的d状態の存在とS=1状態への寄与を検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 FeSi構造を有する遷移金属モノケイ化物の構造的特徴が、その電子的および磁気的性質にどのように影響を与えるか？
• RQ2 遷移金属サイトに存在する2つの準原子的d状態が、特にFeSiにおける観察された磁気的挙動、特にS=1状態をどの程度説明できるか？
• RQ3 FeSiにおける高温でのS=1状態の起源は何か？ そして、T=0におけるその補償機構は何か？
• RQ4 CrSiからNiSiにかけてのd電子数（0〜4）の変化が、電子構造および結合の変化とどのように相関するか？
• RQ5 Fe-Si共鳴結合は、FeSiにおける電子的補償メカニズムにおいて果たす役割は何か？

主な発見

• FeSi構造は、遷移金属サイトに2つの準原子的d状態を支持しており、ポーリングの元来の仮説を裏付ける。
• FeSiにおいて、2つのd電子は高温での局在的磁気モーメントであるS=1状態を形成する。
• T=0において、S=1状態はFe-Si共鳴結合に関連する2つの拡散電子によって補償される。
• d電子数はCrSiでは0からNiSiでは4に増加し、この系列全体における電子的および磁気的挙動の傾向と相関する。
• FeSiにおける共鳴結合は、電子的補償のメカニズムを提供し、低温での系の安定化を可能にする。
• 局在的d電子と拡散電子の相互作用が、FeSiにおける複雑な電子的応答（非フェルミ液体挙動を含む）を説明する。