半金属反铁磁体的制作方法

专利名称：半金属反铁磁体的制作方法
技术领域：
本发明涉及半金属反铁磁体，其具有反铁磁性，且在向上电子自旋状态和向下电 子自旋状态中的一方的电子自旋状态下表现为金属的性质，而在另一方的电子自旋状态下 表现为绝缘体或半导体的性质。
背景技术：
半金属反铁磁性是由Van Leuken和de Groot最初提出的概念(参考非专利文献 1)，半金属反铁磁体是具有下述性质的物质，在向上电子自旋状态和向下电子自旋状态中 的一方的电子自旋状态下表现为金属的性质，而在另一方的电子自旋状态下表现为绝缘体 或半导体的性质。作为这种半金属反铁磁体，目前提出了各种物质。例如，Pickett对具有2层钙钛 矿结构的Sr2VCu06、La2MnVO6, La2MnCoO6进行了电子状态计算，并预测在这些金属间化合物 中，La2MnVO6具有表现半金属反铁磁性的可能性(参考非专利文献2)。另外，本发明人提出了以半导体作为母体的各种反铁磁性半金属半导体(参考非 专利文献3至7)，正在申请专利(参考专利文献1和2)，本发明人提出的反铁磁性半金属 半导体例如是用2种以上的磁性离子取代II-VI族化合物半导体、III-V族化合物半导体 的II族原子、III族原子而成的物质。具体来说，提出了(ZnCrFe)S、(ZnVCo)S, (ZnCrFe) Se、(ZnVCo) Se、(GaCrNi) N、(GaMnCo)N 等。非专利文献 1 :van Leuken and de Groot, Phys. Rev. Lett. 74，1171 (1995)非专利文献2 :ff. Ε. Pickett, Phys. Rev. B57,10613 (1998)非专利文献3 :H. Akai and Μ. Ogura, Phys. Rev. Lett. 97，06401 (2006)4 :M. Ogura, Y. Hashimoto and H. Akai, Physica StatusSolidi C3, 4160(2006)非专利文献:M. Ogura, C. Takahashi and H. Akai, Journal of Physics Condens. Matter 19,365226(2007)6 :H. Akai and M. Ogura, Journal of Physics D :AppliedPhysics 40，1238(2007)7 :H. Akai and M. Ogura, Hyperfine Interactions (2008) inpress专利文献1 :W02006/028299号公报专利文献2 日本特愿2006-219951的说明书

发明内容
但是，本发明人的研究结果表明，对于Pickett预测的可能表现半金属反铁磁性 的金属间化合物La2MnVO6，其表现半金属反铁磁性的可能性低，即使表现半金属反铁磁性， 作为稳定磁结构的可能性也低。另外，在以半导体作为母体的反铁磁性半金属半导体中，磁 性离子间具有强的引力相互作用，因此在母体中磁性离子发生团簇化，或在平衡状态下产生二相分离，形成磁性离子在母体中析出的状态。因此，难以组成结晶状态，有化学性不稳 定的问题。另外，由于化学键合弱，因而磁耦合也弱，有磁结构不稳定的问题。因此，本发明的目的在于提供化学性稳定、且具有稳定磁结构的半金属反铁磁体。本发明的半金属反铁磁体是具有镍砷型、闪锌矿型、纤锌矿型、黄铜矿型或岩盐型 的结晶结构的化合物，其由2种以上的磁性元素和硫属元素或氮族元素构成，在上述2种以 上的磁性元素中含有有效d电子数比5少的磁性元素和有效d电子数比5多的磁性元素， 上述2种以上的磁性元素的有效d电子数的总和为10或接近于10的值。磁性元素的有效d电子数是从磁性元素的总价电子数中减去由于共价结合或离 子结合硫属元素或氮族元素所失去的电子数、即离子价数而得的数值。其中，磁性元素的总 价电子数是由原子中电子的数目(原子序号)减去核电子数(对于3d过渡金属元素为18) 而得的值。例如，硫属元素为2价，因此Cr (原子序号24)和Fe (原子序号26)的有效d电 子数分别为4个(=24-18-2)和6个(=26-18-2)。另外，氮族元素为3价，因此Mn (原 子序号25)和Co (原子序号27)的有效d电子数分别为4个(=25-18-3)和6个(= 27-18-3)。另外，2种以上磁性元素的有效d电子数的总和也可以如下求得。例如，对于用组 成式ABX2(A和B为磁性元素，X为硫属元素)表示的半金属反铁磁体，硫属元素X向由sp 电子形成的键合状态供给的价电子数为12个(=6X2)，在由sp电子形成的键合状态中， 单位化学式量可以收纳16个(=8X2)价电子。因此，从磁性元素A和B向该键合状态供 给4个(=16-12)电子，由磁性元素A的总价电子数和磁性元素B的总价电子数的总和减 去该电子数4而得到的值为有效d电子数的总和。当磁性元素A为Cr (原子序号24)、磁性 元素B为Fe (原子序号26)时，磁性元素A的总价电子数为6个(=24-18)，磁性元素B的 总价电子数为8个(=26-18)，因此总价电子数的总数为14个，磁性元素A和B的有效d 电子数的总和为10 (= 14-4)。另一方面，对于在上述组成式ABX2中X为氮族元素的半金 属反铁磁体，氮族元素X向由sp电子形成的键合状态供给的价电子数为10个(=5X2)， 因此，由磁性元素A的总价电子数和磁性元素B的总价电子数的总数减去该电子数6而得 到的值为有效d电子数的总和。另外，即使对于由3种以上的磁性元素和硫属元素或氮族元素构成的半金属反 铁磁体、例如用组成式(ABC)X2 (A、B和C为磁性元素)表示的半金属反铁磁体，也可以与 由2种磁性元素和硫属元素或氮族元素构成的半金属反铁磁体同样，求出有效d电子数 的总和。并且，对于(Aa5Ba5C)X2这样的(AC)X2 ^P (BC)X2分别形成固溶体的半金属反铁 磁体，也可以同样求得有效d电子数的总和，例如当磁性元素A为V、磁性元素B为Mn、 磁性元素C为Fe、X为硫属元素时，磁性元素A、B和C的总价电子数的总数为14个(= 5X0. 5+7X0. 5+8)，磁性元素A、B和C的有效d电子数的总和为10。上述本发明的化合物表现为半金属反铁磁性的原因如下所述。在以下的说明中， 对于磁性元素为2种的情况进行说明。用组成式ABX2 (A和B为磁性元素，X为硫属元素或氮族元素)表示的化合物为非 磁性状态，如图38所示，磁性元素A和磁性元素B的s状态和ρ状态与元素X的s状态和ρ 状态形成的键合sp状态和反键sp状态分别形成能带，其间形成由磁性元素A的d状态和 磁性元素B的d状态形成的能带。
磁性元素AWd轨道和磁性元素BWd轨道通过电子间相互作用发生自旋分裂。 此时，作为磁状态，认为是磁性元素A的局部磁距和磁性元素B的局部磁距相互平行的状态 和相互反平行的状态。并且，也可以是局部磁距朝着各个散乱方向的常磁性状态、或其它复 杂的状态，但只要对局部磁距平行的状态和反平行的状态这2种状态进行研究就足够了。对于磁性元素A的局部磁距和磁性元素B的局部磁距相互平行的状态，如图39所 示，由d状态形成的能带(d能带)发生交换分裂，表现为典型的铁磁体的能带结构。其中， 由使局部磁距相互平行而得到的能量收益通过稍微扩大能带而生成，该能带的扩大通过将 能量不同的磁性元素A的d状态和磁性元素B的d状态进行杂化而产生。这样，利用不同 能量状态间的杂化来产生能带能量收益，将其称作为超交换相互作用。当将表现磁性元素A 和磁性元素B间d状态的杂化强度的跃迁积分记作t时，由使局部磁距相互平行而导致的 能量收益El用下述数学式1表示。(数1)El = - t2/D其中，D是磁性元素A与磁性元素BWd轨道的能量差，磁性元素A与磁性元素B 的有效d电子数的差越大，其越是大的值。另一方面，对于磁性元素A的局部磁距和磁性元素B的局部磁距相互反平行的状 态，如图40所示，由d状态形成的能带发生自旋分裂，表现为与平行的状态不同的能带结 构。由使局部磁距相互反平行而导致的能量收益如下述那样产生，即，在向上自旋能带，能 量简并的磁性元素A和磁性元素B的d状态强烈杂化，形成键合d状态和反键合d状态，电 子以键合d状态为主来占据。这样，利用能量简并的状态间的杂化来产生能带能量收益，将 其称作为二重交换相互作用。当将跃迁积分记作t时，由二重交换相互作用形成的能量收 益E2与-t成比例。另外，在向下自旋能带，与强磁性的情况同样，产生由超交换相互作用 形成的能量收益。由超交换相互作用形成的能量收益与跃迁积分t的2次方成比例(二次扰动)，相 对于此，由二重交换相互作用形成的能量收益与跃迁积分t的1次方成比例(产生简并时 的一次扰动)。因此，一般来说，与超交换相互作用相比，二重交换相互作用产生较大的能量 收益。为了产生二重交换相互作用，必须在d状态下产生简并，在局部磁距相互反平行的状 态下，磁性元素A的有效d电子数和磁性元素B的有效d电子数的和为作为3d电子轨道最 大容纳电子数的10或接近于10的值时，产生这种简并。如上所述，当有效d电子数的和为10或接近于10的值时，A和B的局部磁距相互 反平行，这在能量上是有利的。另外，在向下自旋能带，如图40所示，形成大的间隙，费米能 位于间隙的中央附近，所述向下自旋能带受到相当于强磁性交换分裂2倍的大的交换分裂 的效应。另外，共有性强的闪锌矿型结晶结构、纤锌矿型结晶结构和黄铜矿型结晶结构为4 配位，具有离子性的镍砷型结晶结构和岩盐型结晶结构为6配位，任一种结晶结构都形成 强的化学键，对于s状态、P状态，具有4配位结晶结构的物质的键合·反键分裂小，具有半 导体的性质，而具有6配位结晶结构的物质具有绝缘体的性质。在原本存在能带间隙的区 域，由磁性元素的d状态形成的能带插入，但在向上自旋能带和向下自旋能带中，对于一者 的自旋能带，原本的能带间隙残留，表现为半金属性。另外，磁性元素的d状态与周围的阴离子杂化，保持了作为原子轨道的d状态的性质，残留了大的磁分裂和局部磁距，表现为稳 定的反铁磁性。由以上可知，对于上述本发明的化合物，在基底状态表现半金属反铁磁性的可能 性高。对于本发明的化合物，表现半金属反铁磁性，这可以通过下述的第1原理电子状态计 算来确认。并且，当2种磁性元素的有效d电子数的和是接近于10的值时，两磁性元素的磁 距大小稍有不同，因此作为整体表现为稍具有磁性的亚铁磁性，在本申请的权利要求和说 明书中，“反铁磁体”包含“亚铁磁性体”。上述本发明的半金属反铁磁体，不是处于如以半导体为母体的半金属反铁磁性半 导体那样的、磁性离子在母体中析出的状态，其是硫属元素或氮族元素与磁性元素相互形 成化学键而成的化合物，该键合足够强，即使从生成能量的计算来考虑，其也是稳定的化合 物。并且，已知有类似的大量化合物(例如具有镍砷型等各种结晶结构的过渡金属硫属元 素化物)稳定地存在。另外，由于磁性离子与硫属元素或氮族元素的化学键合强，因此以硫属元素或氮 族元素为介导的磁性离子间的化学键也强。其中，磁耦合是在化学键中、由磁距产生的，因 而可以说如果化学键强，则磁耦合也强。因此，本发明的半金属反铁磁体的磁耦合强，磁结 构稳定。具有第1具体构成的半金属反铁磁体由2种磁性元素和硫属元素构成，该2种磁 性元素是选自Cr禾口 Fe、V禾口 Co、Ti禾口 Ni、Cr禾口 Mn、Cr禾口 Ni、Ti禾口 Co、Cr禾口 Co、V禾口 Fe以 及V和Ni的任一种组合。硫属元素为2价，因此根据这些组合，有效d电子数的总和取9 12的值。具有第2具体构成的半金属反铁磁体由2种磁性元素和氮族元素构成，该2种磁 性元素是选自Mn和Co、Cr和Ni、V和Mn以及Fe和Ni的任一种组合。氮族元素为3价，因 此根据这些组合，有效d电子数的总和取6 12的值。具有第3具体构成的半金属反铁磁体由3种磁性元素和硫属元素构成，该3种磁 性元素是选自Co禾口 Ti禾口 Cr、V禾口 Fe禾口 Ni、Fe禾口 Mn禾口 V、Cr禾口 Mn禾口 Co、以及Mn禾口 V禾口 Co 的任一种组合。对于3种磁性元素为选自Co和Ti和Cr、V和Fe和Ni、Fe和Mn和V、以及Cr和 Mn和Co的任一种组合的半金属反铁磁体，其例如用组成式(ABa 5C0.5) X2 (A、B和C为磁性元 素，X为硫属元素)表示。在用组成式(CoTia5Cra5)X2表示的半金属反铁磁体中，Ti和Cr 的有效d电子数分别为2个和4个，因此，Tia5Cra5的有效d电子数为3个，Co的有效d电 子数为 个，因此Co、Ti和Cr的有效d电子数的总和为10。同样地，即使对于V和Fe和 Ni、Fe和Mn和V、以及Cr和Mn和Co的任一组合，有效d电子数的总和也为10。另外，3种磁性元素的组合为Mn、V和Co的半金属反铁磁体，例如用组成式 (Mna5Va5) (Coa5Mna5) X2 (X为硫属元素)表示，Mn、V和Co的有效d电子数分别为5个、3个 和7个，因此Mna5Va5的有效d电子数为4个，Coa5和Mna5的有效d电子数为6个，有效d 电子数的总和为10。具有第4具体构成的半金属反铁磁体由3种磁性元素和氮族元素构成，该3种磁 性元素为Co、Fe和Cr。
具有上述具体构成的半金属反铁磁体例如用组成式Co(Fea5Cra5) X2 (Χ ( 氮族元 素)表示，Fe和Cr的有效d电子数分别为5个和3个，因此Fea5Cra5的有效d电子数为4 个，Co的有效d电子数为6个，因此有效d电子数的总和为10。具有第5具体构成的半金属反铁磁体由4种磁性元素和硫属元素构成，该4种磁 性元素为Ti、Cr、Fe和Ni。具有上述具体构成的半金属反铁磁体例如用组成式(Tia5Crtl5Fea5Nia5) X2 (Χ ( 硫 属元素)表示，Ti和Cr的有效d电子数分别为2个和4个，因此Tia5Cra5的有效d电子数 为3个。另一方面，Fe和Ni的有效d电子数分别为6个和8个，因此Fea5Nia5的有效d电 子数为7个。因此，Ti、Cr、Ni和Fe的有效d电子数的总和为10。根据本发明，可以实现以稳定的化学性质存在的、且具有稳定磁结构的半金属反 铁磁体。


[图1]图1是表示黄铜矿型(CrFe)Po2在反铁磁性状态的电子状态密度的图。[图2]图2是表示黄铜矿型(CrFe)S2在反铁磁性状态的电子状态密度的图。[图3]图3是表示黄铜矿型(CrFe)Se2在反铁磁性状态的电子状态密度的图。[图4]图4是表示黄铜矿型(CrFe)Te2在反铁磁性状态的电子状态密度的图。[图5]图5是表示黄铜矿型(VCo)S2在反铁磁性状态的电子状态密度的图。[图6]图6是表示黄铜矿型(VCo)Se2在反铁磁性状态的电子状态密度的图。[图7]图7是表示岩盐型(CrFe)S2在反铁磁性状态的电子状态密度的图。[图8]图8是表示岩盐型(VCo)S2在反铁磁性状态的电子状态密度的图。[图9]图9是表示镍砷型(CrFe)Se2在反铁磁性状态的电子状态密度的图。[图10]图10是表示纤锌矿型(CrFe)S2在反铁磁性状态的电子状态密度的图。[图11]图11是表示纤锌矿型(CrFe)Se2在反铁磁性状态的电子状态密度的图。[图12]图12是表示闪锌矿型(FeCr)S2在反铁磁性状态的电子状态密度的图。[图13]图13是表示闪锌矿型(CrFe)Se2在反铁磁性状态的电子状态密度的图。[图14]图14是表示闪锌矿型(CrFe)Te2在反铁磁性状态的电子状态密度的图。[图15]图15是表示闪锌矿型(MnCr)Te2在反铁磁性状态的电子状态密度的图。[图16]图16是表示闪锌矿型(TiCo)Te2在反铁磁性状态的电子状态密度的图。[图17]图17是表示闪锌矿型(TiNi)Po2在反铁磁性状态的电子状态密度的图。[图18]图18是表示将点阵参数设定为11.03时的闪锌矿型(TiNi) Se2在反铁磁 性状态的电子状态密度的图。[图19]图19是表示将点阵参数设定为10.90时的闪锌矿型(TiNi) Se2在反铁磁 性状态的电子状态密度的图。[图20]图20是表示闪锌矿型(VCo)Po2在反铁磁性状态的电子状态密度的图。[图21]图21是表示闪锌矿型(VCo)S2在反铁磁性状态的电子状态密度的图。[图22]图22是表示闪锌矿型(VCo)Se2在反铁磁性状态的电子状态密度的图。[图23]图23是表示闪锌矿型(VCo)Te2的反铁磁性状态下的电子状态密度的图。[图24]图24是表示镍砷型(MnCo)N2在反铁磁性状态的电子状态密度的图。
[图 25[图 26[图 27[图 28[图 29[图 30[图31[图 32 的图。[图 33
态密度的图。[图 341。[图 35[图 36[图 37[图 38图。[图 39[图 40
具体实施例方式以下，根据附图具体说明本发明的实施方式。本发明的半金属反铁磁体是具有镍砷型、闪锌矿型、纤锌矿型、黄铜矿型或岩盐型 的结晶结构的金属间化合物，其由2种以上的磁性元素和硫属元素或氮族元素构成。上述 2种以上的磁性元素包含有效d电子数比5少的磁性元素和有效d电子数比5多的磁性元 素，上述2种以上的磁性元素的有效d电子数的总和为10或接近于10的值。其中，硫属元 素为S、Se、Te和Po的任一种元素。另一方面，氮族元素为N、As、Sb和Bi的任一种元素。具体地，由2种过渡金属元素和硫属元素构成，用组成式ABX2 (A和B为过渡金属 元素，X为硫属元素)表示。其中，2种过渡金属元素为选自Cr和Fe、V和Co、Ti和Ni、Cr 和Mn、Cr和Ni、Ti和Co、Cr和Co、V和Fe、以及V和Ni的任一种组合。另外，也可以由2 种过渡金属元素和氮族元素来构成，用组成式ABX2 (A和B为过渡金属元素，X为氮族元素) 表示。其中，2种过渡金属元素为选自Mn和Co、Cr和Ni、V和Mn、以及Fe和Ni的任一种组
口 O也可以由3种过渡金属元素和硫属元素构成，3种磁性元素是选自Co和Ti和Cr、 V和Fe和Ni,Fe和Mn和V、Cr和Mn和Co、以及Mn和V和Co的任一种组合。另外，也可以 由3种过渡金属元素和氮族元素构成，所述3种过渡金属元素是Co、Fe和Cr。进而，也可 以由4种过渡金属元素和硫属元素构成，所述4种过渡金属元素是Ti、Cr、Ni和Fe。上述本发明的半金属反铁磁体可以利用固相反应法调制，在调制工序中，将粉末
图25是表示闪锌矿型(MnCo)N2在反铁磁性状态的电子状态密度的图。 图26是表示闪锌矿型(CrM)N2在反铁磁性状态的电子状态密度的图。 图27是表示闪锌矿型(FeM)As2在反铁磁性状态的电子状态密度的图。 图28是表示纤锌矿型(MnCo)N2在反铁磁性状态的电子状态密度的图。 图29是表示岩盐型(MnCo)N2在反铁磁性状态的电子状态密度的图。 图30是表示黄铜矿型(MnCo)N2在反铁磁性状态的电子状态密度的图。 图31是表示黄铜矿型(CrM)N2在反铁磁性状态的电子状态密度的图。 图32是表示闪锌矿型(CrMna5C0a5)Se2在反铁磁性状态的电子状态密度
图33是表示闪锌矿型(Tia5Cra5Fea5Nia5)Se2在反铁磁性状态的电子状
图34是表示对于各种金属间化合物的第1原理电子状态计算结果的表
图35是表示上述结果的表2。 图36是表示上述结果的表3。 图37是表示反铁磁性磁畴界壁的图。
图38是用组成式ABX2表示的化合物在非磁性状态的状态密度曲线示意
图39是上述化合物在铁磁性状态的状态密度曲线的示意图。 图40是上述化合物在反铁磁性状态的状态密度曲线的示意图。化的磁性元素和硫属元素或氮族元素充分混合后，封装到石英玻璃管中，加热至1000°C以 上后，进行退火处理。另外，利用分子束外延法使具有非平衡结晶结构的半金属反铁磁体、 例如闪锌矿型(CrFe) S2在基板上结晶生长。上述本发明的半金属反铁磁体，不是处于如以半导体为母体的半金属反铁磁性半 导体那样的、磁性离子在母体中析出的状态，其是硫属元素或氮族元素与磁性元素相互形 成化学键而成的化合物，该键合足够强，即使从生成能量的计算来考虑，其也是稳定的化合 物。并且，已知有类似的大量化合物(例如具有镍砷型等各种结晶结构的过渡金属硫属元 素化物)稳定地存在。另外，磁性离子与硫属元素或氮族元素的化学键强，因此以硫属元素或氮族元素 为介导的磁性离子间的化学键也强。其中，磁耦合是在化学键合内由磁距产生的，如果化学 键强，则磁耦合也强。因此，本发明的半金属反铁磁体的磁耦合强，磁结构稳定。进而，本发明的半金属反铁磁体可以如上容易地进行调节。半金属反铁磁体是费米面发生100%自旋分极的物质，因此可用作自旋电子材料。 另外，半金属反铁磁体由于不具有磁性，因此对于外部的扰动是稳定的，同时由于不产生形 状磁各向异性，因此容易地实现由电流或自旋注入导致的自旋反转的可能性高，可期待用 于高性能磁存储器、磁头材料等更为广泛的领域。例如，可以考虑应用于 MRAM (Magnetic Random Access Memory)。在反铁磁体中，相当于磁壁的概念称作为反铁磁性磁畴界壁(domain boundary) 0 如图37所示，在具有磁结构的反铁磁体中，向上自旋和向下自旋的顺序交替的位置为反铁 磁性磁畴界壁。当从图中左侧流过电流时，在磁畴界壁产生电子散射，因此电阻变大。特别 地，对于半金属反铁磁体，由于称作为半金属的性质，导致在界壁的左侧和右侧作为金属的 电子自旋方向变化，因此在原理上如果存在界壁，则不会流过电流。另一方面，由于在界壁 产生电子散射，因此电子体系中发生动量变化，由该动量变化导致的冲量形成界壁本身从 电流受到的力，引起界壁的移动。使用该界壁移动现象可以制作MRAM。第1实施例本实施例的半金属反铁磁体是具有黄铜矿型的结晶结构、用组成式(CrFe)Po2表 示的金属间化合物。本发明人为了确认本实施例的金属间化合物具有半金属反铁磁性，进行 了第1原理电子状态计算。其中，作为第1原理电子状态计算的方法，可以采用将 KKR (Korringa-kohn-Rostoker)法(也称作为格林函数法)、CPA (Coherent-Potential Approximation 相干势近 1以)法禾口 LDA (Local—Density Approximation 局域密度近^以) 法组合的公知的KKR-CPA-LDA法(月刊“化学工业Vol. 53，No. 4(2002) ”pp. 20-24、“系统 / 控制 / 信息 Vol. 48，No. 7” pp. 256-260)。图1表示对于黄铜矿型(CrFe)Po2进行第1原理电子状态计算而得到的反铁磁性 状态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线表示在Cr的3d轨道位置的局 部状态密度，虚线表示在Fe的3d轨道位置的局部状态密度。如图中的实线所示，向下自旋电子的状态密度为0，形成能带间隙Gp，在该能带间 隙中存在费米能。另一方面，向上自旋电子的状态密度在费米能附近大于0。这样，向下自 旋电子的状态表现为半导体的性质，另一方面，向上自旋电子的状态表现为金属的性质，表现出半金属性。另外，硫属元素Po为2价，因此Cr和Fe的有效d电子数分别为4个和6个，有效 d电子数的总和为10。将向上自旋总电子状态密度和向下自旋总电子状态密度分别积分至 费米能，其结果是两积分值相等，因此Fe和Cr相互的磁距抵消，作为整体，磁化变为0。由以上结果可知，本实施例的金属间化合物具有半金属反铁磁性。第2实施例本实施例的半金属反铁磁体是具有黄铜矿型的结晶结构、用组成式(CrFe) S2表示 的金属间化合物。图2表示通过对黄铜矿型(CrFe)S2进行第1原理电子状态计算而得到的反铁磁 性状态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线表示在Cr的3d轨道位置的 局部状态密度，虚线表示在Fe的3d轨道位置的局部状态密度。由图中以实线表示的状态 密度曲线可知表现出半金属性。另外，将向上自旋总电子状态密度和向下自旋总电子状态 密度分别积分至费米能，其结果是两积分值相等，因此作为整体，磁化变为0。因此，本实施 例的金属间化合物可以说具有半金属反铁磁性。第3实施例本实施例的半金属反铁磁体是具有黄铜矿型的结晶结构、用组成式(CrFe)Se2表 示的金属间化合物。图3表示通过对黄铜矿型(CrFe) Se2进行第1原理电子状态计算而得到的反铁磁 性状态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线表示在Cr的3d轨道位置的 局部状态密度，虚线表示在Fe的3d轨道位置的局部状态密度。从图中以实线表示的状态 密度曲线可知表现为半金属。另外，将向上自旋总电子状态密度和向下自旋总电子状态密 度分别积分至费米能，其结果是两积分值相等，作为整体，磁化为0。因此，本实施例的金属 间化合物可以说具有半金属反铁磁性。第4实施例本实施例的半金属反铁磁体是具有黄铜矿型的结晶结构、用组成式(CrFe)Te2表 示的金属间化合物。图4表示通过对黄铜矿型(CrFe)Te2进行第1原理电子状态计算而得到的反铁磁 性状态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线表示在Cr的3d轨道位置的 局部状态密度，虚线表示在Fe的3d轨道位置的局部状态密度。从图中以实线表示的状态 密度曲线可知表现为半金属。另外，将向上自旋总电子状态密度和向下自旋总电子状态密 度分别积分至费米能，其结果是两积分值相等，因此作为整体，磁化变为0。因此，本实施例 的金属间化合物可以说具有半金属反铁磁性。第5实施例本实施例的半金属反铁磁体是具有黄铜矿型的结晶结构、用组成式(VCo)S2表示 的金属间化合物。图5表示通过对黄铜矿型(VCo) S2进行第1原理电子状态计算而得到的反铁磁性 状态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线表示在V的3d轨道位置的局部 状态密度，虚线表示在Co的3d轨道位置的局部状态密度。从图中以实线表示的状态密度曲线可知表现为半金属。另外，硫属元素S为2价，因此V和Co的有效d电子数分别为3个和7个，有效d电子数的总和为10。将向上自旋总 电子状态密度和向下自旋总电子状态密度分别积分至费米能，其结果是两积分值相等，因 此Co和V相互的磁距抵消，作为整体，磁化变为0。由以上结果可知，本实施例的金属间化合物具有半金属反铁磁性。第6实施例本实施例的半金属反铁磁体是具有黄铜矿型的结晶结构、用组成式(VCo) Se2表示 的金属间化合物。图6表示通过对黄铜矿型(VCo)Se2进行第1原理电子状态计算而得到的反铁磁 性状态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线表示在V的3d轨道位置的局 部状态密度，虚线表示在Co的3d轨道位置的局部状态密度。从图中以实线表示的状态密 度曲线可知表现为半金属。另外，将向上自旋总电子状态密度和向下自旋总电子状态密度 分别积分至费米能，其结果是两积分值相等，因此作为整体，磁化变为O。因此，本实施例的 金属间化合物可以说具有半金属反铁磁性。第7实施例本实施例的半金属反铁磁体是具有岩盐型的结晶结构、用组成式(CrFe) S2表示的 金属间化合物。图7表示通过对岩盐型(CrFe)S2进行第1原理电子状态计算而得到的反铁磁性 状态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线表示在Cr的3d轨道位置的局 部状态密度，虚线表示在Fe的3d轨道位置的局部状态密度。从图中以实线表示的状态密 度曲线可知表现为半金属。另外，将向上自旋总电子状态密度和向下自旋总电子状态密度 分别积分至费米能，其结果是两积分值相等，因此作为整体，磁化变为O。因此，本实施例的 金属间化合物可以说具有半金属反铁磁性。第8实施例本实施例的半金属反铁磁体是具有岩盐型的结晶结构、用组成式(VCo)S2表示的 金属间化合物。图8表示通过对岩盐型(VCo) S2进行第1原理电子状态计算而得到的反铁磁性状 态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线表示在V的3d轨道位置的局部状 态密度，虚线表示在Co的3d轨道位置的局部状态密度。从图中以实线表示的状态密度曲 线可知表现为半金属。另外，将向上自旋总电子状态密度和向下自旋总电子状态密度分别 积分至费米能，其结果是两积分值相等，因此作为整体，磁化变为O。因此，本实施例的金属 间化合物可以说具有半金属反铁磁性。第9实施例本实施例的半金属反铁磁体是具有镍砷型的结晶结构、用组成式(CrFe)Se2表示 的金属间化合物。图9表示通过对镍砷型(CrFe) Se2进行第1原理电子状态计算而得到的反铁磁性 状态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线表示在Cr的3d轨道位置的局 部状态密度，虚线表示在Fe的3d轨道位置的局部状态密度。从图中以实线表示的状态密 度曲线可知表现为半金属。另外，将向上自旋总电子状态密度和向下自旋总电子状态密度 分别积分至费米能，其结果是两积分值相等，因此作为整体，磁化变为O。因此，本实施例的金属间化合物可以说具有半金属反铁磁性。另外，计算由反铁磁性状态向常磁性状态转移的磁转移温度(奈耳温度)为 1094K。其中，奈耳温度通过使用了集团(Cluster)近似的公知方法来算出(J. Phys. Condens. Matter 19(2007)365233)。第10实施例本实施例的半金属反铁磁体是具有纤锌矿型的结晶结构、用组成式(CrFe) S2表示 的金属间化合物。图10表示通过对纤锌矿型(CrFe) S2进行第1原理电子状态计算而得到的反铁磁 性状态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线表示在Cr的3d轨道位置的 局部状态密度，虚线表示在Fe的3d轨道位置的局部状态密度。从图中以实线表示的状态 密度曲线可知表现为半金属。另外，将向上自旋总电子状态密度和向下自旋总电子状态密 度分别积分至费米能，其结果是两积分值相等，因此作为整体，磁化变为0。因此，本实施例 的金属间化合物可以说具有半金属反铁磁性。第11实施例本实施例的半金属反铁磁体是具有纤锌矿型的结晶结构、用组成式(CrFe)Se2表 示的金属间化合物。图11表示通过对纤锌矿型(CrFe)Se2进行第1原理电子状态计算而得到的反铁 磁性状态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线表示在Cr的3d轨道位置 的局部状态密度，虚线表示在Fe的3d轨道位置的局部状态密度。从图中以实线表示的状 态密度曲线可知表现为半金属。另外，将向上自旋总电子状态密度和向下自旋总电子状态 密度分别积分至费米能，其结果是两积分值相等，因此作为整体，磁化变为0。因此，本实施 例的金属间化合物可以说具有半金属反铁磁性。第12实施例本实施例的半金属反铁磁体是具有闪锌矿型的结晶结构、用组成式(FeCr) S2表示 的金属间化合物。图12表示通过对闪锌矿型(FeCr) S2进行第1原理电子状态计算而得到的反铁磁 性状态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线表示在Fe的3d轨道位置的 局部状态密度，虚线表示在Cr的3d轨道位置的局部状态密度。从图中以实线表示的状态 密度曲线可知表现为半金属。另外，将向上自旋总电子状态密度和向下自旋总电子状态密 度分别积分至费米能，其结果是两积分值相等，因此作为整体，磁化变为0。因此，本实施例 的金属间化合物可以说具有半金属反铁磁性。另外，计算奈耳温度，其为1016K。第13实施例本实施例的半金属反铁磁体是具有闪锌矿型的结晶结构、用组成式(CrFe)Se2表 示的金属间化合物。图13表示通过对闪锌矿型(CrFe)Se2进行第1原理电子状态计算而得到的反铁 磁性状态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线表示在Cr的3d轨道位置 的局部状态密度，虚线表示在Fe的3d轨道位置的局部状态密度。从图中以实线表示的状 态密度曲线可知表现为半金属。另外，将向上自旋总电子状态密度和向下自旋总电子状态 密度分别积分至费米能，其结果是两积分值相等，因此作为整体，磁化变为0。因此，本实施例的金属间化合物可以说具有半金属反铁磁性。另外，计算奈耳温度，其为926K。第14实施例本实施例的半金属反铁磁体是具有闪锌矿型的结晶结构、用组成式(CrFe)Te2表 示的金属间化合物。图14表示通过对闪锌矿型(CrFe)Te2进行第1原理电子状态计算而得到的反铁 磁性状态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线表示在Cr的3d轨道位置 的局部状态密度，虚线表示在Fe的3d轨道位置的局部状态密度。由图中以实线表示的状 态密度曲线可知表现为半金属。另外，将向上自旋总电子状态密度和向下自旋总电子状态 密度分别积分至费米能，其结果是两积分值相等，因此作为整体，磁化变为0。因此，本实施 例的金属间化合物可以说具有半金属反铁磁性。另外，计算奈耳温度，其为640K。第15实施例本实施例的半金属反铁磁体是具有闪锌矿型的结晶结构、用组成式(MnCr)Te2表 示的金属间化合物。图15表示通过对闪锌矿型(MnCr)Te2进行第1原理电子状态计算而得到的反铁 磁性状态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线表示在Mn的3d轨道位置 的局部状态密度，虚线表示在Cr的3d轨道位置的局部状态密度。由图中以实线表示的状态密度曲线可知表现为半金属。另外，硫属元素Te为2价， 因此Mn和Cr的有效d电子数分别为5个和4个，有效d电子数的总和为9。将向上自旋 总电子状态密度和向下自旋总电子状态密度分别积分至费米能，其结果是两积分值稍有不 同，因此磁化稍有残留。由以上结果可知，本实施例的金属间化合物可以说具有半金属亚铁磁性。并且，如 果调节Mn和Cr的浓度，可以得到具有反铁磁性的物质。第16实施例本实施例的半金属反铁磁体是具有闪锌矿型的结晶结构、用组成式(TiCo)Te2表 示的金属间化合物。图16表示通过对闪锌矿型(TiCo)Te2进行第1原理电子状态计算而得到的反铁 磁性状态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线表示在Ti的3d轨道位置 的局部状态密度，虚线表示在Co的3d轨道位置的局部状态密度。由图中以实线表示的状态密度曲线可知表现为半金属。另外，硫属元素Te为2价， 因此Ti和Co的有效d电子数分别为2个和7个，有效d电子数的总和为9。将向上自旋 总电子状态密度和向下自旋总电子状态密度分别积分至费米能，其结果是两积分值稍有不 同，因此磁化稍有残留。由以上结果可知，本实施例的金属间化合物具有半金属亚铁磁性。并且，如果调节 Ti和Co的浓度，可以得到具有反铁磁性的物质。第17实施例本实施例的半金属反铁磁体是具有闪锌矿型的结晶结构、用组成式(TiM)Po2表 示的金属间化合物。图17表示通过对闪锌矿型(TiNi)Po2进行第1原理电子状态计算而得到的反铁 磁性状态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线表示在Ti的3d轨道位置的局部状态密度，虚线表示在M的3d轨道位置的局部状态密度。并且，作为第1原理电子 状态计算的方法，可以采用对于电子间相互作用进行补正的称作为LDA+U法的公知方法， 来代替KKR-CPA-LDA法。由图中以实线表示的状态密度曲线可知表现为半金属。另外，硫属元素Po为2价， 因此Ti和Ni的有效d电子数分别为2个和8个，有效d电子数的总和为10。将向上自旋 总电子状态密度和向下自旋总电子状态密度分别积分至费米能，其结果是两积分值相等， 因此Ni和Ti相互的磁距抵消，作为整体，磁化变为0。由以上结果可知，本实施例的金属间化合物具有半金属反铁磁性。第18实施例本实施例的半金属反铁磁体是具有闪锌矿型的结晶结构、用组成式(TiM) Se2表 示的金属间化合物。图18和图19表示通过对闪锌矿型(TiNi) Se2进行第1原理电子状态计算而得到 的反铁磁性状态下的状态密度曲线，图18是将点阵参数a设定为11. 03时的附图，图19是 设定为10.90时的图。图中的实线表示总状态密度，点线表示在Ti的3d轨道位置的局部 状态密度，虚线表示在M的3d轨道位置的局部状态密度。即使对于将点阵参数a设定为 任意值的情况，也可以由图中以实线表示的状态密度曲线可知表现为半金属。另外，将向上 自旋总电子状态密度和向下自旋总电子状态密度分别积分至费米能，其结果是两积分值相 等，因此作为整体，磁化变为0。因此，本实施例的金属间化合物具有半金属反铁磁性。第19实施例本实施例的半金属反铁磁体是具有闪锌矿型的结晶结构、用组成式(VCo)Po2表示 的金属间化合物。图20表示通过对闪锌矿型(VCo)Po2进行第1原理电子状态计算而得到的反铁磁 性状态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线表示在V的3d轨道位置的局 部状态密度，虚线表示在Co的3d轨道位置的局部状态密度。并且，作为第1原理电子状态 计算的方法，可以采用LDA+U法来代替KKR-CPA-LDA法。由图中以实线表示的状态密度曲 线可知表现为半金属。另外，将向上自旋总电子状态密度和向下自旋总电子状态密度分别 积分至费米能，其结果是两积分值相等，因此作为整体，磁化变为O。因此，本实施例的金属 间化合物具有半金属反铁磁性。第20实施例本实施例的半金属反铁磁体是具有闪锌矿型的结晶结构、用组成式(VCo) S2表示 的金属间化合物。图21表示通过对闪锌矿型(VCo)S2进行第1原理电子状态计算而得到的反铁磁 性状态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线表示在V的3d轨道位置的局 部状态密度，虚线表示在Co的3d轨道位置的局部状态密度。由图中以实线表示的状态密 度曲线可知表现为半金属。另外，将向上自旋总电子状态密度和向下自旋总电子状态密度 分别积分至费米能，其结果是两积分值相等，因此作为整体，磁化变为O。因此，本实施例的 金属间化合物具有半金属反铁磁性。另外，计算奈耳温度，其值为1025K。第21实施例本实施例的半金属反铁磁体是具有闪锌矿型的结晶结构、用组成式(VCo) Se2表示的金属间化合物。图22表示通过对闪锌矿型(VCo)Se2进行第1原理电子状态计算而得到的反铁磁 性状态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线表示在V的3d轨道位置的局 部状态密度，虚线表示在Co的3d轨道位置的局部状态密度。由图中以实线表示的状态密 度曲线可知表现为半金属。另外，将向上自旋总电子状态密度和向下自旋总电子状态密度 分别积分至费米能，其结果是两积分值相等，因此作为整体，磁化变为O。因此，本实施例的 金属间化合物具有半金属反铁磁性。另外，计算奈耳温度，其值为880K。第22实施例本实施例的半金属反铁磁体是具有闪锌矿型的结晶结构、用组成式(VCo)Te2表示 的金属间化合物。图23表示通过对闪锌矿型(VCo)Te2进行第1原理电子状态计算而得到的反铁磁 性状态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线表示在V的3d轨道位置的局 部状态密度，虚线表示在Co的3d轨道位置的局部状态密度。由图中以实线表示的状态密 度曲线可知表现为半金属。另外，将向上自旋总电子状态密度和向下自旋总电子状态密度 分别积分至费米能，其结果是两积分值相等，因此作为整体，磁化变为O。因此，本实施例的 金属间化合物具有半金属反铁磁性。另外，计算奈耳温度，其值为759K。第23实施例本实施例的半金属反铁磁体是具有镍砷型的结晶结构、用组成式(MnCo)N2表示的 金属间化合物。图24表示通过对镍砷型(MnCo)N2进行第1原理电子状态计算而得到的反铁磁性 状态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线表示在Mn的3d轨道位置的局 部状态密度，虚线表示在Co的3d轨道位置的局部状态密度。由图中以实线表示的状态密度曲线可知表现出半金属性。另外，氮族元素N为3 价，因此Mn和Co的有效d电子数分别为4个和6个，有效d电子数的总和为10。将向上 自旋总电子状态密度和向下自旋总电子状态密度分别积分至费米能，其结果是两积分值相 等，因此Co和Mn相互的磁距抵消，作为整体，磁化变为O。由以上结果可知，本实施例的金属间化合物具有半金属反铁磁性。第24实施例本实施例的半金属反铁磁体是具有闪锌矿型的结晶结构、用组成式(MnCo)N2表示 的金属间化合物。图25表示通过对闪锌矿型(MnCo)N2进行第1原理电子状态计算而得到的反铁磁 性状态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线表示在Mn的3d轨道位置的 局部状态密度，虚线表示在Co的3d轨道位置的局部状态密度。由图中以实线表示的状态 密度曲线可知表现为半金属。另外，将向上自旋总电子状态密度和向下自旋总电子状态密 度分别积分至费米能，其结果是两积分值相等，因此作为整体，磁化变为O。因此，本实施例 的金属间化合物具有半金属反铁磁性。第25实施例本实施例的半金属反铁磁体是具有闪锌矿型的结晶结构、用组成式(CrM)N2表示 的金属间化合物。
图26表示通过对闪锌矿型(CrNi)N2进行第1原理电子状态计算而得到的反铁磁 性状态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线表示在Cr的3d轨道位置的 局部状态密度，虚线表示在Ni的3d轨道位置的局部状态密度。由图中以实线表示的状态密度曲线可知表现出半金属性。另外，N为3价，因此Cr 和M的有效d电子数分别为3个和7个，有效d电子数的总和为10。将向上自旋总电子状 态密度和向下自旋总电子状态密度分别积分至费米能，其结果是两积分值相等，因此M和 Cr相互的磁距抵消，作为整体，磁化变为0。由以上结果可知，本实施例的金属间化合物具有半金属反铁磁性。第26实施例本实施例的金属反铁磁体是具有闪锌矿型的结晶结构、用组成式(FeM)As2表示 的金属间化合物。图27表示通过对闪锌矿型(FeNi)As2进行第1原理电子状态计算而得到的反铁 磁性状态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线表示在Fe的3d轨道位置 的局部状态密度，虚线表示在M的3d轨道位置的局部状态密度。并且，作为第1原理电子 状态计算的方法，可以采用LDA+U法来代替KKR-CPA-LDA法。由图中以实线表示的状态密度曲线可知表现出半金属性。另外，氮族元素As为3 价，因此Fe和Ni的有效d电子数分别为5个和7个，有效d电子数的总和为12。将向上自 旋总电子状态密度和向下自旋总电子状态密度分别积分至费米能，其结果是两积分值稍有 不同，因此磁化稍有残留。由以上结果可知，本实施例的金属间化合物具有半金属亚铁磁性。第27实施例本实施例的半金属反铁磁体是具有纤锌矿型的结晶结构、用组成式(MnCo)N2表示 的金属间化合物。图28表示通过对纤锌矿型(MnCo)N2进行第1原理电子状态计算而得到的反铁磁 性状态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线表示在Mn的3d轨道位置的 局部状态密度，虚线表示在Co的3d轨道位置的局部状态密度。由图中以实线表示的状态 密度曲线可知表现为半金属。另外，将向上自旋总电子状态密度和向下自旋总电子状态密 度分别积分至费米能，其结果是两积分值相等，因此作为整体，磁化变为O。因此，本实施例 的金属间化合物具有半金属反铁磁性。第28实施例本实施例的半金属反铁磁体是具有岩盐型的结晶结构、用组成式(MnCo)N2表示的 金属间化合物。图29表示通过对岩盐型(MnCo)N2进行第1原理电子状态计算而得到的反铁磁性 状态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线表示在Mn的3d轨道位置的局 部状态密度，虚线表示在Co的3d轨道位置的局部状态密度。由图中以实线表示的状态密 度曲线可知表现为半金属。另外，将向上自旋总电子状态密度和向下自旋总电子状态密度 分别积分至费米能，其结果是两积分值相等，因此作为整体，磁化变为O。因此，本实施例的 金属间化合物可以说具有半金属反铁磁性。第29实施例
本实施例的半金属反铁磁体是具有黄铜矿型的结晶结构、用组成式(MnCo)N2表示 的金属间化合物。图30表示通过对黄铜矿型(MnCo)N2进行第1原理电子状态计算而得到的反铁磁 性状态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线表示在Mn的3d轨道位置的 局部状态密度，虚线表示在Co的3d轨道位置的局部状态密度。由图中以实线表示的状态 密度曲线可知表现为半金属。另外，将向上自旋总电子状态密度和向下自旋总电子状态密 度分别积分至费米能，其结果是两积分值相等，因此作为整体，磁化变为O。因此，本实施例 的金属间化合物可以说具有半金属反铁磁性。第30实施例本实施例的半金属反铁磁体是具有黄铜矿型的结晶结构、用组成式(CrM)N2表示 的金属间化合物。图31表示通过对黄铜矿型(CrNi)N2进行第1原理电子状态计算而得到的反铁磁 性状态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线表示在Cr的3d轨道位置的 局部状态密度，虚线表示在Ni的3d轨道位置的局部状态密度。由图中以实线表示的状态 密度曲线可知表现为半金属。另外，将向上自旋总电子状态密度和向下自旋总电子状态密 度分别积分至费米能，其结果是两积分值相等，因此作为整体，磁化变为O。因此，本实施例 的金属间化合物可以说具有半金属反铁磁性。第31实施例本实施例的半金属反铁磁体是具有闪锌矿型的结晶结构、用组成式(CrMna5Coa5) Se2表示的金属间化合物。图32表示通过对闪锌矿型(CrMna5Coa5) Se2进行第1原理电子状态计算而得到的 反铁磁性状态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线和2种虚线分别表示 在Cr、Mn和Co的3d轨道位置的局部状态密度。由图中以实线表示的状态密度曲线可知表现出半金属性。另外，硫属元素Se为2 价，因此Mn和Co的有效d电子数分别为5个和7个，Mna5Coa5的有效d电子数为6个。另 外，Cr的有效d电子数为4个，因此有效d电子数的总和为10。将向上自旋总电子状态密 度和向下自旋总电子状态密度分别积分至费米能，其结果是两积分值相等，因此Cr、与Mn 和Co相互的磁距抵消，作为整体，磁化变为O。由以上的结果可知，本实施例的金属间化合 物具有半金属反铁磁性。第32实施例本实施例的半金属反铁磁体是具有闪锌矿型的结晶结构、用组成式 (Ti0.5Cr0.5Fe0.5Ni0.5) Se2表示的金属间化合物。图33表示通过对于闪锌矿型(Tia5Crtl5Fea5Nia5)Se2进行第1原理电子状态计算 而得到的反铁磁性状态下的状态密度曲线。图中的实线表示总状态密度，点线、2种虚线和 点划线分别表示在Fe、Ni、Ti和Cr的3d轨道位置的局部状态密度。由图中以实线表示的状态密度曲线可知表现出半金属性。另外，硫属元素Se为2 价，因此，Ti和Cr的有效d电子数分别为2个和4个，Tia5Cra5的有效d电子数为3个。另 一方面，Fe和Ni的有效d电子数分别为6个和8个，Fea5Nia5的有效d电子数为7个。因 此，Ti、Cr、Ni和Fe的有效d电子数的总和为10。将向上自旋总电子状态密度和向下自旋总电子状态密度分别积分至费米能，其结果是两积分值相等，因此Ni和Fe、与Ti和Cr相互 的磁距抵消，作为整体，磁化变为0。由以上的结果可知，本实施例的金属间化合物具有半金属反铁磁性。图34 图36表示对于含有上述第1实施例 第30实施例的金属间化合物的、各 种金属间化合物ABX2进行第1原理电子状态计算的结果。图中的“HM”和“M”分别表示半 金属和通常金属。“AF”、“F”、“Ferri”和“匪”分别表示反铁磁性、铁磁性、亚铁磁性和非磁 性。金属间化合物具有反铁磁性和铁磁性的何种磁结构，可以通过由状态密度曲线算出各 状态下的电子运动能量的总和来进行判别，所述状态密度曲线是利用第1原理电子状态计 算得到的铁磁性状态和反铁磁性状态的状态密度曲线。即，电子运动能量的总和最小的状 态是最稳定的状态，金属间化合物可以说具有最稳定状态的磁结构。另外，“a”表示点阵参 数，“muB”表示μ B (玻尔磁子)，“E_form”表示化合物的生成能量，“E_order”表示规则化 能量，“TN”表示奈耳温度，“Cl. App”表示采用作为奈耳温度的算出方法使用集团(Cluster) 近似的方法。进而，“latt. const, default”表示使用了与由各离子的离子半径决定的体积 相对应的点阵参数。进而，例如“latt. const, default = 10. 928a. u. ”表示将点阵参数设定 为 10. 928，“latt. const. CrTe = 7. 83a. u. ” 表示将 CrTe 的点阵参数设定为 7. 83，“latt. const, of CrSe ”表示使用了 CrSe的点阵参数。例如对于CrFeSe2，如上述那样，硫属元素Se为2价，因此Cr和Fe的有效d电子 数分别为4个和6个，有效d电子数的和为10。CrFeSe2如图所示，具有镍砷型、闪锌矿型、 纤锌矿型、岩盐型和黄铜矿型的任一结晶结构的情况，均表现为半金属反铁磁性。另外，镍砷型CrFeSe2、闪锌矿型CrFeTe2、闪锌矿型VCoTe2、闪锌矿型CrFeS2、闪 锌矿型VCoS2JX]锌矿型CrFeSe2和闪锌矿型VCoSe2的奈耳温度分别是1094K、640K、759K、 1016Κ、1025Κ、926Κ和880Κ这样的、远远高于室温的值。对于反铁磁性半金属半导体的奈 耳温度，高的有数百K，低的有数十K，根据镍砷型CrFeSe2、闪锌矿型CrFeS2、闪锌矿型VCoS2 和闪锌矿型CrFeSe2，可以得到超过反铁磁性半金属半导体的奈耳温度。即使对于上述7种 金属间化合物以外的金属间化合物，也可以得到超过室温的奈耳温度。如图所示，在进行第1原理电子状态计算的金属间化合物中，包含表现亚铁磁性 的化合物，通过调节磁性元素的浓度等的条件，表现反铁磁性的可能性高。并且，在图所示的金属间化合物中，镍砷型CrFeSe2、闪锌矿型CrFeTe2、闪锌矿 型VCoTe2、闪锌矿型CrFeS2、闪锌矿型VCoS2、闪锌矿型CrFeSe2、闪锌矿型VCoSe2、纤锌矿 型CrFeS2、纤锌矿型CrFeSe2、岩盐型CrFeS2、黄铜矿型CrFeTe2、黄铜矿型CrFeS2、黄铜矿 型VCoS2、黄铜矿型CrFeSe2、黄铜矿型VCoSe2和黄铜矿型CrFePo2在能量方面极其稳定地 存在，同时可以得到充分高的奈耳温度，而且是无害的物质，因此有希望作为半金属反铁磁 体。另外，本发明人对于含有硫属元素X(X为Se、Po、Te或S)的闪锌矿型Co (Tia5CrQ.5) 父2、闪锌矿型 V(Fea5Nia5)X2JX]锌矿型(Tia5Cra5) (Nia5Fea5)X2、闪锌矿型 Fe (Mna5Vtl.5)X2、 闪锌矿型 Cr(Mn0.5Co0.5)X2、闪锌矿型(Mna5Va5) (Co。.5MnQ.5)X2、镍砷型 Co (Tia5Cra5)X2、镍 砷型 V (Ni0.5Fe0.5) X2、镍砷型(Ti0.5Cr0.5) (Ni0.5Fe0.5) X2、黄铜矿型 Co (Ti0.5Cr0.5) X2、黄铜矿 型 V(Nia5Fea5)X2、黄铜矿型(Tia5Cra5) (Nia5Fea5)X2、纤锌矿型 V(Fea5Mna5)X2、纤锌矿型 (Va5Mntl5) (Mnci5Coa5) X2、和岩盐型Co(Tia5Cra5)X2进行第1原理电子状态计算，确认任何金属间化合物均具有半金属反铁磁性。进而，对于含有氮族元素的闪锌矿型Co(Fea5Cra5)N2 进行第1原理电子状态计算，确认其具有半金属反铁磁性。并且，作为2种以上的磁性元素与硫属元素或氮族元素的组合，除了进行了第1原 理电子状态计算的上述组合以外，也有表现半金属反铁磁性的可能性。如上所述，本发明的半金属反铁磁体的化学性质稳定，而且其奈耳温度远比室温 高，具有稳定的磁结构。因此，使用了该半金属反铁磁体的设备可以在室温下稳定地运行。
权利要求
半金属反铁磁体，其由2种以上的磁性元素和硫属元素或氮族元素构成。
2.根据权利要求1所述的半金属反铁磁体，其中，上述硫属元素为S、Se、Te或Po的任一元素。
3.根据权利要求1所述的半金属反铁磁体，其中，上述氮族元素为N、As、Sb或Bi的任一元素。
4.根据权利要求1 3中任一项所述的半金属反铁磁体，其中，上述2种以上的磁性元 素含有有效d电子数比5少的磁性元素和有效d电子数比5多的磁性元素。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的半金属反铁磁体，其中，上述2种以上磁性元素 的有效d电子数的总和为10或接近于10的值。
6.根据权利要求1 5中任一项所述的半金属反铁磁体，其是具有镍砷型、闪锌矿型、 纤锌矿型、黄铜矿型或岩盐型的结晶结构的化合物。
7.根据权利要求1 6中任一项所述的半金属反铁磁体，其由2种磁性元素和硫属元 素构成。
8.根据权利要求7所述的半金属反铁磁体，其中，上述2种磁性元素为选自Cr和Fe、V 禾口 Co、Ti禾口 Ni、Cr禾口 Mn、Cr禾口 Ni、Ti禾口 Co、Cr禾口 Co、V禾口 Fe、以及V禾口 Ni中的任一种组口 O
9.根据权利要求1 6中任一项所述的半金属反铁磁体，其由2种磁性元素和氮族元 素构成。
10.根据权利要求9所述的半金属反铁磁体，其中，上述2种磁性元素为选自Mn和Co、 Cr和Ni、V和Mn、以及Fe和Ni中的任一种组合。
11.根据权利要求1 6中任一项所述的半金属反铁磁体，其由3种磁性元素和硫属元 素构成。
12.根据权利要求11所述的半金属反铁磁体，其中，上述3种磁性元素为选自Co和Ti 禾口 Cr、V禾口 Fe禾口 Ni、Fe禾口 Mn禾口 V、Cr禾口 Mn禾口 Co、以及Mn禾口 V禾口 Co中的任一种组合。
13.根据权利要求1 6中任一项所述的半金属反铁磁体，其由3种磁性元素和氮族元 素构成。
14.根据权利要求13所述的半金属反铁磁体，其中，上述3种磁性元素为Co、Fe和Cr。
15.根据权利要求1 6中任一项所述的半金属反铁磁体，其由4种磁性元素和硫属元 素构成。
16.根据权利要求15所述的半金属反铁磁体，其中，上述4种磁性元素为Ti、Cr、Fe和Ni。
全文摘要
本发明提供化学性质稳定、且具有稳定的磁结构的半金属反铁磁体。本发明的半金属反铁磁体是具有镍砷型、闪锌矿型、纤锌矿型、黄铜矿型或岩盐型的结晶结构的化合物，其由2种以上的磁性元素和硫属元素或氮族元素构成。上述2种以上的磁性元素含有有效d电子数比5少的磁性元素和有效d电子数比5多的磁性元素，上述2种以上磁性元素的有效d电子数的总和为10或接近于10的值。
文档编号H01F1/40GK101978442SQ20098011041
公开日2011年2月16日 申请日期2009年3月18日 优先权日2008年3月21日
发明者L·H·阮, 小仓昌子, 赤井久纯 申请人:国立大学法人大阪大学