Диссертация (1104967), страница 17
Текст из файла (страница 17)
3.14).110Проведенные исследования показывают, что электронная структура практически неизменяется при замене первого немагнитного компонента (Pt, Pd и Аu) НП. Основныеизменения ППС появляются при замене магнитного атома (Fe, Co , Ni).а)б)111в)Глава 3Рис. 3.14. ППС смешанных НП от E- Ef при среднем межатомном расстоянии 2.4 Å: Pt- Fe (а), Pt- Ni(б), Pt-Co (в).3.2.3 Детальное исследование магнитных свойств Pt-Fe НП. (Обнаружениеспиновой фильтрации в смешанных Pt-Fe НП).На рис. 3.15 представлена зависимость локальных магнитных моментов атомов Pt иFe при среднем межатомном расстоянии в проводе. Из расчётов следует, что существуетсильная взаимосвязь между проводящимии магнитными свойствами НП. В ходе работырассчитаны значения магнитных моментоватомов Pt и Fe в проводе в области егосуществования (1.2 Å - 2.6 Å).
Исследование выявило небольшие изменения локальныхмагнитных моментов атомов Fe при увеличении и уменьшении межатомных расстоянийпровода. Кроме того, значения магнитных моментов атомов Pt сильнозависят отгеометрии провода рис. 3.15.Магнитный момент атомов Pt в Pt-Fe НП составляет 0.6μB, что хорошо согласуетсяс исследованиями магнитных свойств Pd и Pd - Fe НП [112, 117]. В то же время магнитныймомент атомов Pt резко уменьшается до 0μB в линейных Pt-Fe НП в антиферромагнитномсостоянии.
Расчёты показали, что в антиферромагнитных линейных НП атомы Pt112немагнитны, что может привести к исчезновению спиновой поляризации квантового токачерез провод.Для объяснения магнитных свойств смешанных НП проведено исследование зоннойструктуры Pt-Fe НП.
Расчеты электронной структуры показали причину возникновенияспинового фильтра и спин-поляризованного в Pt-Fe проводе. На рис. 3.16 представленаППСдляPt-Fe НП взигзаговой конфигурации. В зонной структуреPt-Fe НПобразуются три гибридные зоны: dxy – dx2, s – dz2 и dxz – dyz.
В состоянии спинового фильтраобразуется (рис. 3.16, б)) только dxz – dyz гибридная - зона на уровне Ферми. Эта зона даетосновной вклад в полную ПС на уровне Ферми. В то же время вклад от других гибридныхзон остаётся незначительным. Новая- dxz – dyz гибридная зона образована перекрытиемэлектронных орбиталей в плоскости, ортогональной к оси провода.Рис. 3.15. Значения магнитных моментов атомов Fe (1) и Pt (2) в зависимости от среднего межатомногорасстояния.Другая зонная структура наблюдается в Pt-Fe НП в спин поляризованном состоянии:(s – dz2), (dxz – dyz) и (dxz – dx2) состояния атомов Fe размещены на уровне Ферми (рис. 3.16,а). Все эти орбитали сильно гибридизованы с такими жеорбиталями атомов Pt.Преобладающему пику соответствуют (dxz – dyz) состояния.
Слабые пики соответствуют (s– dz2), - и (dxy – dx2) -зонам, также образованным на уровне Ферми. Структура орбиталей итип гибридизации сильно зависят от геометрии провода. В линейном Pt-Fe НП113формируется только (s – dz2), гибридная зона за счет осевой симметрии провода и необразуется - спиновый фильтр.а)114б)Рис. 3.16. Зависимость ППС атомов Fe и Pt в проводе в зигзаговой конфигурации при среднем межатомномрасстоянии 2.2Å от E- Ef: спин поляризованное состояние («состояние с высокой проводимостью») (а) испиновый фильтр («состояние с низкой проводимостью») (б).Для объяснения изменения магнитных свойств провода, а также появленияферромагнитного перехода проводапри увеличении и уменьшении межатомногорасстояния рассчитаны ППС в Pt-Fe НП в ферромагнитном и антиферромагнитномсостояниях.
Из расчётов следует, что основной вклад в ферромагнитный переход вносит(s – dz2) гибридная зона. На рис. 3.17 представлена структура (s – dz2) гибридной зонымежду атомами Pt и Fe провода для линейного Pt-Fe НП в антиферромагнитном состоянии(рис. 3.17, а), а также для зигзагового НП в ферромагнитном состоянии (рис. 3.17, б)), Таккак магнитное состояние Pt-Fe НП определяется относительной ориентацией магнитныхмоментов атомов Fe, в описании результатов введены символы Fe1 и Fe2 для ближайшихатомов железа в НП и Pt1 и Pt2 для ближайших атомов платины.115На рисунке 3.17,а представлена ППС (s-dz2) длялинейных Pt -Fe НП вантиферромагнитном состоянии при межатомном расстоянии 2.5 Å. В такой конфигурациив НП сформированы две сложные гибридные энергетические зоны, образованные врезультате перекрытия орбиталей Pt и Fe атомов: первая - образованная состояниямиатома Pt2 (кривая 1) со спином вниз и Fe1 (кривая 3), вторая – состояниями со спиномвверх атомов Pt2 и Fe2 (кривая 2) (рис.
3.17, а)).а)116б)Рис. 3.17. Зависимость ППС от E- Ef для (s-dz2)-состояний атомов Pt и Fe в Pt-Fe НП для: линейного НП примежатомном расстоянии 2.5Å (а), конфигурации «зигзаг» при межатомном расстоянии 2.2Å (б).Формирование этой сложной структуры гибридных зон в проводе приводит кпоявлению косвенного обменного взаимодействия [115] между атомами железа минуясостояния атомов платины, что приводит к образованию стабильного антиферромагнитного117решения.
Электронная плотность атомов платины перераспределяетсяна частичнозаполненные (s - dz2) гибридные орбитали атомов железа. Формирование сложныхгибридных зон в Pt-Fe НП приводит к заполнению d- оболочки атомов платины, что ведёт кисчезновению локальных магнитных моментов атомов Pt.Рассмотрим случай ферромагнитного состояния в Pt-Fe НП. На Рис.
3.17, б)представлены ППС для (s – dz2) гибридной зоны атомов Pt и Fe провода в ферромагнитномсостоянии при межатомного расстоянии 2.2 Å. Состояния со спином вверх атомов платины(Pt1, Pt2) (кривая 1) перекрываются с состояниями s и dz2 со спином вверх - атомов железа(Fe 1, Fe2) (кривая 2). Аналогично, для состояний со спином вниз атомов железа (кривая 3)и атомов платины (Pt1, Pt2) (кривая 1). Состояния со спином вверх атомов Pt и Feполностью заполнены, а со спином вниз заполнены частично. В результате магнитныемоменты Pt и Fe атомов не равны нулю, кроме того состояния со спином вверх и спиномвниз атомов железа в проводе сильно коррелируют друг с другом. Исследованиеэлектронной структуры Pt-Fe НП в зигзаговой конфигурации показало, что в НП возникаетдополнительное обменное взаимодействие между атомами железа (Fe1, Fe2) в связи собразованием новой гибридной связи (dxz – dyz) и (dxy – dz2).
Для НП в зигзаговойконфигурации перекрытие этих орбиталей атомов железа увеличивается за счет отклоненияатомов от оси проводаи уменьшениясреднего межатомного расстояния в проводе.Отклонение атомов Pt и Fe от оси провода в зигзаговой конфигурации в проводе приводитк появлению прямого обменного взаимодействия между атомами Fe в Pt-Fe НП. Прямоеобменное взаимодействие между атомами железа стабилизирует ферромагнитное решениедля Pt-Fe НП в зигзаговой конфигурации. Таким образом, ферромагнитное состояниестановится энергетически более выгодно в зигзаговом НП.
Увеличение прямого обменноговзаимодействия между атомами железа в проводе (за счёт увеличения отклонения атомовот оси провода) приводит к образованию новой гибридной энергетической зоны. Крометого, ослабление зоны гибридизации между Pt и Fe атомов приводит к возвращениюэлектронной плотности от орбиталей атомов Pt обратно к орбиталям Fe. То есть спиноваяполяризация атомов Fe и значения локальных магнитных моментов уменьшаются. Послеобразования двух Pt и Fe НП присильном уменьшении межатомных расстоянийэлектронная структура системы резко меняется и гибридизация зон между атомами Pt и Feисчезает, в результате состояние спинового фильтра и антиферромагнитное упорядочение впроводе исчезает полностью, получается два проводящих Pt и Fe НП.118§ 3.3 Исследование проводимости наноконтактов инанопроводовВ данном параграфе представлены результаты исследования проводимостиодномерных НП и НК.
Рассчитана проводимость, электронная структура, спинполяризованный транспортНК и НП для различных конфигураций НП и ихкомпонентного состава. В результате определены зависимости проводящих свойств от видаконфигурации и компонентного составаНП. Обнаружена спиновая фильтрация уодномерных смешанных проводов.3.3.1 Исследование проводимости золотых нанопроводов инаноконтактовПроводимость золотых нанопроводов. Установлено, что проводимость НП зависитот геометрии и межатомных расстояний. В качестве примера на рис.
3.18 а), б)представлены проводимости для двух характерных расстояний: 2.6Å – равновесноерасстояние для линейной конфигурации, также соответствующее моменту начала переходапровода к конфигурации зиг-заг; проводимость на уровне Ферми составляет 1G0, 1.8Å –межатомное расстояние, соответствующее моменту перехода золотого НП к системе издвух линейных взаимодействующих золотых проводов, смещенных друг относительнодруга на 2.0Å, проводимость на уровне Ферми составляет 2G0. Данные результаты поизмерениюпроводимостиподтверждаютсяэкспериментальнымиизмерениямипроводимости Au НК [68,71,72, 120,112].а)Результаты, представленные в данном параграфе опубликованы в следующих статьях: [113,119].119б)Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
