希土類元素における相対論的有効内殼ポテンジャルを用いたスピン軌道C1計算及びその理論的研究

摘要

希土類元素は、通常3価の正イオンとなり光学材料、磁性材料など様々な分野で用いられている。 3価正イオンの電子配置は、［core］4f~n5s~25p~6（n=1：Ce~（3+）～n=14：Lu~（3+））であり、4f電子は、空間的に外側に張り出した閉殻の5s，5p軌道により外場の影響を受けにくくなっている（図1）。 したがって、f-f遷移のスペクトルは、f電子の原子約な性質により鋭いピークを持つ。 この事実から、いわゆるJuddとOfeltの理諭が、f-f遷移、あるいはhypersensitive transitionに対する理論的説明に使われきた。 本研究では、3価の正イオンに対し相対論的有効内殻ポテンシャル（RECP）を用いて相対論的効果を含めつつ直接取り扱う電子数を減らした。 そして、スピン軌道（SO）相互作用にこよる多重項分裂及び分極効果と電子相関を同時に効率良く取り入れる事が出来るSOCI計算を実行した。 その結果、低励起状態の計算において閉殻の5s，5p軌道の分極効果を考慮する必要がある事を見い出した。 また、ハロゲン化物に対して外場の影響を摂動として扱う従来の方法ではなく、分子軌道法により直接的に取扱い、f-f遷移の遷移強度を初めてab initio計算で求めた。