第一原理計算を用いたCa_3Co_4O_9の電子状態に及ぼす元素置換の影響

摘要

本報告では，Caサイトへの希土類元素およびBiの元素置換が，Co349の結晶構造および電子状態へ及ぼす影響を，第一原理計算を用いて評価した.無置換Co349の格子定数は，結晶構造解析の値とほぼ一致し，電子状態に関しても光電子分光や第一原理計算で得られた価電子帯や伝導帯の特徴とよい一致を示した.さらに，希土類元素やBiを置換した際の格子定数は，Caよりも小さいイオン半径では変化せず，むしろ同程度のイオン半径の場合に膨張する傾向が見られた.また，元素置換による全原子の相対的な位置関係の変化量は，イオン半径が小さいほど少ない傾向が得られたが，必ずしも格子定数の変化と対応しなかった.これらの結晶構造を用いた電子状態計算では，元素置換により置換元素に由来するDOSの変化は見られたものの、E_F近傍の電子状態には特徴的な違いは見られず、Caサイトへの希土類元素の置換で生じる4f軌道の多くは，E_F近傍の状態密度に直接的な影響を及ぼさないことがわかった.