磁性元素を含まない磁性体の実在を理論予測―正孔を導入すると強磁性体に：産業技術総合研究所
(2018年5月8日発表)
（国）産業技術総合研究所は5月8日、磁性元素を含まない実在の物質が、強磁性体になることを理論的に明らかにしたと発表した。この物質はパイロクロア型酸化物と呼ばれる化合物で、この酸化物に電子の抜けたプラス電荷の正孔を導入すると、磁石としての性質を示す強磁性が出現することが予測されたという。
磁性体は磁性を示す磁性元素の集まりであり、磁性元素を含まない物質は強磁性を示さない。
ところが、「奇跡の模型」と呼ばれるフラットバンド模型という理論模型では、磁性元素を含まなくとも強磁性を示すことが予測されていた。しかし、この模型を実現する現実の物質はこれまで示されていなかった。
研究チームは今回、パイロクロア格子と呼ばれる結晶格子を含むパイロクロア型酸化物を対象に研究、この酸化物に正孔を導入すると、実在する物質でフラットバンド模型が近似的に実現することや、強磁性が出現することを理論的に見出した。
パイロクロア型酸化物半導体であるニオブ酸スズ（Sn2Nb2O7）と、タンタル酸スズ(Sn2Ta7O7)の理論計算（第一原理計算）の結果、半導体としては極めてエネルギー幅の狭い価電子帯のエネルギーバンド、いわゆる擬フラットバンドが現れることが分かった。
また、正孔を導入した場合の理論計算では、かなり広い正孔濃度範囲で安定な強磁性を持つことが示されたという。
今後実験的な検証を進め、その応用を期待したいとしている。
