Теоретическое исследование атомной структуры и квантовых свойств металлических наноконтактов и нанопроводов (1104955), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Модель равномерно (а) и неравномерно смешанного(б) нанопровода Pd0.5Fe0.5; (в) зависимости удельной энергии(Ecoh) связи атомов в Pd0.5Fe0.5 нанопроводе (кривая 1) иразница удельной энергии связи (∆Ecoh) между атомами вравномерно и неравномерно смешанных проводах (кривая 2)от среднего межатомного расстояния.провод переходит из линейной конфигурации в конфигурацию «зиг-заг». Приэтом межатомное расстояние 2.4 Å соответствует равновесному расстоянию влинейном Pd-Fe НП, реализующему минимум полной энергии системы.Сильное сжатие провода до межатомных расстояний <1.3 Å переводит его всистему из двух однокомпонентных Pd и Fe НП (Рис. 4в).
Расчеты удельнойэнергии связи на атом показали, что равномерно смешанный Pd-Fe проводявляется более стабильным, чем однокомпонентные Pd и Fe НП в широком13диапазоне межатомных расстояний (1.0 Å -3.0 Å), причем удельная энергиясвязи атомов в0.63.2210.42.80.22.41.0(а)1.52.02.5межатомное расстояние [Å]0.53.00.00.512∆µ [µB]магнитный момент [µB]0.830.00.0-0.5∆E[эВ]магнитный момент [µB]3.6-0.51.01.52.02.53.0межатомное расстояние [Å](б)Рис. 5 а) Зависимости величины локальных магнитных моментов атомов Pd(кривая 1) и Fe (кривая 2) от межатомного расстояния; б) зависимости разницылокальных магнитных моментов (∆µ) атомов Pd (кривая 1) и атомов Fe (кривая2) в смешанном Pd0.5Fe0.5 и однокомпонентных НП Pd и Fe, соответственно, отмежатомного расстояния; кривая 3 – зависимость разности полной энергииферромагнитного и антиферромагнитного состояния (∆E=EФМ-EАФМ) отмежатомного расстояния для равномерно смешанного Pd0.5Fe0.5 НП.смешанном проводе более, чем на 0.6эВ превосходит энергию связи атомов видеальном палладиевом НП по абсолютной величине, и на 0.1эВ превосходитэнергию связи атомов в одномерном железном НП.
Данный результат являетсяисключительно важным, так как показывает возможность формированиясмешанных НП, стабильных даже при комнатных температурах и устойчивых кдеформациям «растяжения-сжатия».В настоящее время известно, что низкоразмерные сплавы переходных и14благородных металлов с атомами ферромагнитных элементов могут проявлятьуникальные магнитные свойства [10], поэтому в диссертационной работепроведено детальное исследование свойств электронной структуры имагнитных свойств наиболее стабильного равномерно смешанного Pd-Fe НП.Установлено, что провод в Pd0.5Fe0.5 является магнитным, при этом магнитныесвойства смешанного Pd-Fe НП зависят от его геометрии (Рис.5, кривые 1 и 2).В результате проведенных расчетов в работе впервые было обнаружено,что деформации «растяжения-сжатия» вызывают переход равномерносмешанного Pd-Fe НП из ферромагнитного состояния в антиферромагнитноепри межатомном расстоянии 2.4 Å.
Таким образом было показано, чтолинейные смешанные Pd-Fe НП становятся антиферромагнитными прирастяжении (Рис 5, кривая 3). Антиферромагнитное состояние стабилизируетсякосвенным обменным взаимодействием между атомами железа за счетобразования гибридных энергетических зон между атомами железа и палладияв проводе.В связи с тем, что в работе было установлено появление в смешанных PdFe НП необычных магнитных свойств, было проведено исследованиевозможности смешения в одномерных проводах Au и Co. Проведен анализсвойств атомной структуры смешанных Au-Co НП, который показал, что прибольших межатомных расстояниях (2.6 Å-3.2 Å) растянутые смешанные Au-Coпровода формируются при условии равномерного чередования атомов золота икобальта в них (конфигурация Au0.5Co0.5), являясь более стабильными посравнению с идеальным золотым НП.
Удельная энергия связи Au0.5Co0.5, на0.5 эВ выше, чем у идеального Au НП для всего диапазона существованияравномерно смешанного НП Au0.5Co0. (1.6 Å- 3.2 Å).В результате сжатия Au-Co НП энергетически выгодной становитсядимеризация атомов кобальта (конфигурация Au0.5Co0.5*).
Однако,неравномерно смешанный провод является нестабильным к деформациямрастяжения и существует только в узком диапазоне межатомных расстояний(1.8 Å -2.6 Å). При сильном сжатии любой смешанный провод переходит всистему двух параллельных однокомпонентных Au и Co НП, смещенных друготносительно друга.Исследование электронной структуры смешанных Au-Co НП былопроведено для нескольких конфигураций, отличающихся атомным строением икомпонентным составом (Рис.
6а). Исследование показало, что Au-Co НПобладают магнитными свойствами, которые в значительной степени зависят отгеометрии провода и от его компонентного состава (Рис. 6б). При уменьшении15относительного количества атомов кобальта в проводе Au2/3Co1/3 нами былообнаружено увеличение значений локальных магнитных моментов у атомовкобальта до 2.5µ B (Рис. 6б, кривая 3). Было установлено, что при сжатиипровода до межатомных расстояний меньших 2.4Å и переходе его из линейнойконфигурации в конфигурацию «зиг-заг», магнитные свойства значительноуменьшаются.Au0.5Co0.5Au0.5Co0.5*Au2/3Co1/3Au1/3Co2/3(а)(б)Рис. 6.
а) Конфигурации смешанных Au-Co НП; б)Зависимости величинылокальных магнитных моментов атомов кобальта от межатомного расстояниядля равномерно смешанного провода Au0.5Co0.5 (кривая 1), неравномерносмешанного провода Au0.5Co0.5* (кривая 2), проводов с различным процентнымсодержанием атомов кобальта и золота Au2/3Co1/3 и Au1/3Co2/3 (кривые 3 и 4соответственно).В результате проведенного исследования магнитных свойств равномерно16смешанного Au-Co НП зафиксировано появление «гигантской магнитнойанизотропии» (энергия магнитной анизотропии ~140 мэВ на атом Со в проводе)с направлением оси легкого намагничения перпендикулярной оси НП (Рис.7).
Вработе было установлено, что анизотропия магнитных свойств НП в сильнойстепени зависит от его атомной структуры и изменяется при приложениидеформаций «растяжения-сжатия».полная энергия [эВ]-101метастабильноесостояние-112-1232.42.62.8межатомное расстояние [Å]Рис.7. Зависимости величины полной энергии равномерно смешанного НПAu0.5Co0.5 от среднего межатомного расстоянии без учета спин-орбитальноговзаимодействия E (кривая1) и с учетом спин-орбитального взаимодействия ЕII(кривая 2) и Е┴ (кривая 3).В работе было изучено влияние деформаций «растяжения-сжатия» навеличину спинового и орбитального магнитных моментов атомов кобальта вравномерно смешанном проводе Au0.5Co0.5 для двух возможных направленийоси намагничения: вдоль (II) и поперек (┴) оси НП. Значения спиновогомагнитного момента для двух направлений оси намагничения совпадают исоставляют величину 2.32µ B.
Расчет магнитных свойств смешанных проводовпоказал, что величина спинового магнитного момента практически неизменяется при сжатии или растяжении провода в диапазоне межатомныхрасстояний (2.5Å - 2.8Å). При переходе НП в конфигурацию «зиг-заг» значенияспинового магнитного момента резко уменьшаются (Рис. 8а). Поведениеорбитального магнитного момента атомов Со сильно различается для двухнаправлений оси намагничения (II) и (┴). В случае совпадении осинамагничения с осью провода орбитальный магнитный момент (µ IIL) ведет себяаналогично спиновому (Рис.
8б). Для провода с линейной геометрией значение17µ IILне изменяется при сжатии или растяжении провода в диапазонемежатомных расстояний (2.5Å - 2.8Å) и составляет величину ~2.0µ B. Присжатии провода до межатомных расстояний меньших 2.5Å и переходе его вконфигурацию «зиг-заг» орбитальный магнитный момент начинаетуменьшаться до значения 1.0µ B. В случае перпендикулярного расположенияоси намагничения поведение орбитального магнитного момента сильноизменяется (Рис.
8б). В сжатом проводе значения орбитального магнитногомомента (0.2µ B) практически не изменяются при его растяжении или сжатии(2.3Å -2.6Å), по абсолютной величине они более, чем в десять раз меньшезначений спинового момента (Рис. 8б). Однако, при переходе провода вконфигурацию «зиг-заг» у атомов Со появляется y-составляющая орбитальногомагнитного момента µ ┴Ly, со значениями порядка ~0.6µ B. Спин-орбитальноевзаимодействие приводит к увеличение полного магнитного момента атомовкобальта до 3.0µ B для случая аксиальной намагниченности провода посравнению со значениями магнитных моментов атомов кобальта в проводе безучета спин-орбитального взаимодействия ~2.32µ B.µS [µB]2.32.4||µS||µL⊥µS2.2z2.0метастабильное⊥µL⊥состояние µLxy2.11.6µL[µB]2.4⊥µLx2.42.62.42.80.82.62.80.0межатомное расстояние [Å] межатомное расстояние [Å](а)(б)Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
