Теоретическое исследование квантовых магнитных свойств свободных смешанных двухкомпонентных нанопроводов и смешанных двухкомпонентных нанопроводов на диэлектрических и немагнитных металлических подложках

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В.ЛОМОНОСОВА»
ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Кафедра общей физики
Теоретическое исследование квантовых магнитных свойств свободных смешанных двухкомпонентных нанопроводов и смешанных двухкомпонентных нанопроводов на диэлектрических и немагнитных металлических подложках
Введение.
В наши дни как никогда актуальна проблема минимизации вычислительной техники, а также различных носителей информации. Сегодня многие области науки направлены на решение данной проблемы. Одним из таких направлений является спинтроника. Основной идеей спинтроники является использование спина с целью построения компьютерной логики. В последнее время в этом направлении имеются значительные успехи. Широкое развитие спинтроники требует все более интенсивного и глубокого изучения магнитных свойств низкоразмерных структур, в первую очередь, исследование спинполяризованного баллистического электронного транспорта, который позволяет в несколько раз увеличить плотность записи и передачи информации [1]. Следует отметить, что спиновая поляризация электронного тока может возникать только в намагниченных низкоразмерных структурах. В экспериментальных и теоретических работах установлено, что баллистический транспорт в магнитных одномерных наноструктурах, таких, как одномерные нанопровода, может быть спин-поляризованным. Однако, на сегодняшний день большинство стабильных при комнатных температурах однокомпонентных нанопроводов являются немагнитными или обладают слабо выраженными магнитными свойствами. Поэтому в последнее время наибольший интерес представляет поиск смешанных нанопроводов, в которых посредством изменения элементного состава удается наиболее эффективно управлять магнитными и проводящими свойствами системы в целом. Сегодня большое внимание уделяется исследованию смешанных нанопроводов из атомов благородных и переходных металлов (например, Au), так как они обладают низкой реакционной способностью, а, следовательно, могут обладать высокой структурной устойчивостью [1,2,3]. Посредством смешения атомов золота в проводе с атомами магнитных материалов (например, Mn) появляется возможность получения стабильных проводящих магнитных систем даже при комнатных температурах. Изменяя элементный состав смешанных нанопроводов, возможно управлять их магнитными свойствами и, как следствие, проводимостью. Важным становится предварительное теоретическое исследование квантовых свойств смешанных нанопроводов, зависимости квантовых свойств от компонентного состава провода. Изучение магнитных свойств двухкомпонентных смешанных нанопроводов является перспективной задачей физики с целью дальнейшего применения данных систем в устройствах наноэлектроники и спинтроники
Глава1. Квантовые свойства одномерных наноструктур.
1.1. Магнетизм в одномерных структурах.
Магнетизм в одномерных структурах выделился в отдельную тему исследований после экспериментального обнаружения магнитных свойств у одномерных структур палладия. В ряде теоретических работ было предложено объяснение появления у низкоразмерных структур палладия магнитных свойств. Списак и Хафнер [4] обнаружили связь между магнитными свойствами одномерных линейных нанопроводов всех 4d элементов и их электронной структурой, точнее структурой энергетических зон. Они показали, что магнитные свойства в одномерных структурах появляются у элементов с практически полностью заполненной 4d оболочкой. В их работе было установлено, что магнитные свойства в одномерных системах появляются благодаря наличию s-݀௭ మ зонной гибридизации. Магнетизм в одномерных и двумерных структурах 4d и 5d элементов исследовали Наутьял и др. [5] Магнитные свойства одномерных нанопроводов 5d-элементов в своих работах изучали Делин и Тосатти [6]. Однако, во всех этих работах исследовалась идеальная геометрия одномерных наноструктур без учёта релаксации межатомных расстояний и длины связи внутри наноконтакта или нанопровода. Учёт релаксации межатомных расстояний и его влияние на магнитные свойства был впервые проведен в работе Степанюка и др. [7]
1.2. Анизотропия магнитных свойств в структурах низкой размерности. Углубленное исследование магнитных свойств в структурах низкой размерности привело к формированию нового раздела физики низкоразмерных систем – изучению возможностей управления в них спином атомов и молекул. В 2006 году Мокроусов и др. показали, что в свободных металлических нанопроводах 4d-элементов может возникать так называемая гигантская магнитная анизотропия [8]. Исследование неколлинеарного магнетизма стало одной из важнейших задач физики наноструктур. Фернандез-Сейван и Феррер в 2007 году провели теоретическое исследование магнитных свойств свободных нанокластеров поздних переходных металлов и также обнаружили появление в них магнитной анизотропии, а также возможности