Диссертация (1104967), страница 18
Текст из файла (страница 18)
3.18. Проводимость Au НП для конфигураций: линейная при межатомном расстоянии 2.6 Å (а), «зигзаг» при межатомном расстоянии 1.8 Å (б).Исследованиепроводимостизолотыхнаноконтактов.Нарис.3.19представлена модель НК для расчетов проводимости золотого наноконтакта: трехатомнаяцепь из атомов золота между двумя пирамидальными электродами, поверхность (100).Проводимость чистого золотого НК при межатомном расстоянии 2.7 Å, пока НК находитсяв линейной конфигурации составляет 1G0, полученный результат хорошо согласуется сомногими экспериментальными работами [71,72,123].Рис.3.19. Используемая модель для расчётов проводимости Au НК.1203.3.2 Исследование проводимости смешанных Au-Coнаноконтактов, Au-Co и Pt-Fe нанопроводов.В соответствии с результатами, полученными выше, наибольший интерес дляисследования представляют равномерные конфигурации НП: Au-Co и Pt-Fe.
Поэтомудальнейшие исследования проведены именно для этих смешанных структур: Au-Co НК,Au-Co и Pt-Fe НП.Рассмотрим проводимость смешанных Au-Co наноконтактов. Проведены расчёты поисследованию проводимости в смешанных Au-Co наноконтактах. В результате обнаружено,что проводимость зависит от геометрии цепи провода в НК.проводимости для широкого диапазона межатомныхПолучены значениярасстояний (1.8 Å до 2.8Å) длясмешанных Au-Co НК. На рис.3.20 представлена проводимость смешанного Au-Co НК длялинейной конфигурации при межатомном расстоянии 2.6 Å.
Как видно из рис.3.20проводимость составляет 2 G0 на уровне Ферми. Результаты исследований Au-Co НПхорошо согласуются с результатами, полученными для Au-Co НП,поэтому далеепроводятся исследования проводимости для Au-Co НП.Глава 1Рис. 3.20. Проводимость смешанного Au-Co НК для линейной конфигурации при межатомномрасстоянии 2.6 Å.121Проводимостьравномерно смешанных Au-Co нанопроводов. Расчёты проводимостимагнитных Au-Co НП были проведены во всем диапазоне межатомных расстояний,соответствующих области существования НП (1.6 Å - 2.8 Å).
На рис.3.21, кривая 1представлена зависимость полной проводимости в проводе от межатомного расстояния.Общая проводимость линейных НП (при среднем межатомном расстоянии> 2.4 Å) ~ 2.0G0и остается практически неизменной в диапазоне (2.4 Å - 2.8 Å) (рис.3.21, кривая 1). Приуменьшении межатомных расстояний в проводе (2.4Å) система переходит в конфигурацию«зиг-заг».
Этот структурный переход в проводе приводит к резкому снижениюпроводимости до значений 1G0 (рис.3.21, кривая 1). В линейных НП(> 2.4 Å) основноесостояние обладает квантовой проводимостью 2G0. При переходе к системе двухвзаимодействующих проводов(1.6 Å-2.0 Å) проводимость в каждом из проводов составляет1G0, суммарная проводимость составляет 2G0 (рис.3.21, кривая 1).Так как основной целью спинтроники является поиск систем с контролируемым спиноматомов, следующая часть этой работы посвящена изучению спин-поляризованноготранспорта электронов магнитных Au-Co смешанных НП. Исследование показалоисчезновение спиновой поляризации электронного транспорта в линейном Au-Co НП,значения проводимости через каналы со спином вверх и со спином вниз одинаковы исоставляют 1G0 (рис.3.21, кривые 2, 3). Эти значения проводимости через каналы со спиномвверх и со спином вниз остаются неизменными в диапазоне (2.4 Å -2.8Å).
Магнитныехарактеристики тока в проводе резко изменяются в точке перехода (ток является спинполяризованным упроводов сконфигурацией «зигзаг» и становится не спин-поляризованным при переходе в линейную конфигурацию). Подобные изменения токанаблюдались в работе [119] и в работе [125] в графеновых наноструктурах с магнитнымипримесями.Для количественной оценки спиновой поляризации электронного транспорта через НПопределим степень спиновой поляризации [126]:На рис. 3.21, кривая 4 представлена зависимость g от межатомного расстояния для AuCo провода.
Как видно из рис.3.21, кривая 4 при межатомных расстояниях, больших 2.2Å(линейный провод) значение спиновой поляризации g резко уменьшается до значения ~0.Таким образом, спиновая поляризация (g) электронного транспорта в линейных Au-CoНП равна 0. Кроме того, расчёты показали, что переход Au-Co НП к системе двух122взаимодействующих однокомпонентных НП (при межатомном расстоянии <1.6 Å)приводит к стабилизации основного состояния с проводимостью 4G0.Рис.
3.21. Зависимость проводимости в Au-Co проводе: полная проводимость (1), спин-поляризованнаяпроводимость состояния со спином вверх(2) и со спином вниз (3) а также степень спиновой поляризации (g)квантового электронного транспорта(4) от межатомного расстояния.На рис.3.22 представлены зависимости проводимости от энергии для линейногопровода при межатомном расстоянии 2.5Å (рис.3.22, а) и НП конфигурации «зиг-заг» присреднем межатомном расстоянии2.2Å (рис.3.22, б). Расчеты значений проводимостипоказали отсутствие спиновой поляризации электронного транспорта в линейных Au-CoНП (рис.3.21, кривая 4).Как видно из рис.3.22 а) для линейного провода проводимость через каналы соспином вверх и со спином вниз на уровне Ферми (энергии Ферми левого и правогоэлектродов) одинакова и составляет ~ 1G0.То есть в линейном Au-Co НП отсутствуетспиновая поляризация электронного транспорта.
Режим проводимости меняется для Au-CoНП в конфигурации «зиг-заг». На рис.3.22, б) представлена проводимость через каналыпроводимости со спином вверх и co спином вниз для межатомного расстояния 2.2 Å(конфигурация «зиг-заг»). Из рисунка видно, что проводимость есть только через канал соспином вверх и составляет на уровне Ферми~ 1G0, проводимость через канал со спиномвниз равна нулю. Степень спиновой поляризации (g) возрастает до 0.99 для Au-Co НП123(рис.3.21, кривая 4). Таким образом, расчеты спектров проводимости показали, что Au-CoНП в конфигурации «зиг-заг» представляет собой спиновый фильтр.Для объяснения механизма проводимости Au-Co НП, проведеноисследованиеэлектронной структуры исследуемых НП.
На рис.3.23,а) представлены ППС для линейнойконфигурации при среднем межатомном расстоянии 2.5Å.Из рисунка 3.23а) видно, что все состояния атомов кобальта в линейном нанопроводеобразуют на уровне Ферми пары гибридных орбиталей: dxy-dx2, s-dz2, dxz-dyz. В электроннойструктуре атомов золота также формируются три гибридные связи: dxy-dx2, s-dz2, dxz-dyz, онирасположены в области низких энергий и полностью заполнены. Состояния со спиномвверх dxz-dyz орбитали атомов золота и кобальта формируют новую гибридную орбиталь, поструктуре и пространственной геометрии напоминающую π-связь, в то же время s-dz2орбитали образуют сильную σ-подобную связь вдоль оси НП. Состояния со спином внизdxz-dyz гибридной орбитали расположены симметрично относительно уровня Ферми изаполнены наполовину.В силу осевой симметрии линейного НП, ортогонально расположенные dxy и dx2атомные орбитали, связанные с осями НП, формируют гибридную орбиталь dxy-dx2, котораяпредставляет собой связь, напоминающую слабую δ связь.
В свою очередь dxy-dx2 состояниясо спином вверх атомов Co полностью заполнены, а состояния со спином вниз dxy-dx2заполнены наполовину и образуют острый пик на уровне Ферми.Таким образом, двукратно вырожденные пики dxy-dx2 орбиталей вносят основнойвклад в изменения магнитных свойств провода, и, кроме того, влияют на транспортныесвойства провода.
Сильная гибридизация атомов Au и Co ведет к образованию сильногообменного взаимодействия между (магнитными) атомами кобальта. В результате в проводевозникает ферромагнитный порядок.Две полу-заполненные связи атомов Co dxz-dyz и s-dz2 формируют связь на уровнеФерми. Кроме того эти орбитали сильно гибридизованы с такими же орбиталями атомовAu. Таким образом, две гибридные зоны образуют два канала проводимости провода созначением проводимости ~ 1G0 для обоих направлений спина. Сильная гибридизация двухполу-заполненных состояний атомов Codxz-dyz и s-dz2обеспечивает возможностьвключения в процесс проводимости двух независимых проводящих каналов (в обоихнаправлениях спина электрона).124а)б)Рис.3.22. Зависимость проводимости T(E) через каналы со спином вверх(1) и со спином вниз (2) и полнаяпроводимость при нулевом напряжении (3): линейный Au-Co провод при среднем межатомном расстоянии2.5Å (а), «зигзаговая» конфигурация в состоянии спинового фильтра при среднем межатомном расстоянии2.2Å, EF –энергия Ферми левого и правого электродов (б).125На рис.
3.23,б)представлены парциальные плотности состояний Au-Co НПвконфигурации «зиг-заг» для межатомного расстояния 2.2 Å. В электронной структуре AuCo НП также формируются три гибридные зоны: dxy-dx2, s-dz2 и dxz-dyz. Но основной вкладв полную плотность состояний на уровне Ферми (состояние спинового фильтра) даеттолько dxz-dyz гибридная связь Au и Co атомов, авклад от других гибридных зоннезначителен. Новая dxz-dyz гибридная связь, сформированная электронными орбиталями вплоскости, перпендикулярной к оси провода, образует только один канал проводимости иобщая проводимость Au-Co НП уменьшается до 1G0 только с одним возможнымнаправлением спина электронов в соответствии с принципом Паули.а)126б)Глава 2Рис.
3.23. Парциальная плотность состояний для атомов Au и Co в: линейной конфигурации присреднем межатомном расстоянии 2.5Å: (а) и зигзаговой конфигурации в спин-фильтр состоянии присреднем межатомном расстоянии 2.2Å (б).Глава 3ИсследованиепроводимостиравномерносмешанныхPt-FeнанопроводовДля всех исследованных смешанных проводов был установлен переход FM-AFM , анаиболее стабильным является соединение из атомов Pt и Fe.По этой причине нами былиисследованы проводящие свойства одномерных Pt-Fe НП. Проводимость магнитных Pt-FeНП вычислена во всем диапазоне межатомных расстояний, соответствующих областисуществования смешанных НП (1.2Å - 2.6Å).127На рис.3.24 представлены зависимости проводимости от межатомного расстоянияPt-Fe НП.
Полная проводимость линейных НП (начиная с межатомного расстояния > 2.3Å)составляет 2.0 G0 и остается практически неизменной в диапазоне (2.3 Å - 2.6 Å) (рис. 3.24,кривая 1). При уменьшении межатомных расстояний в проводе происходит переход вконфигурацию «зиг-заг» при 2.3 Å. Этот структурный переход провода приводит к резкомуувеличению проводимости до значения 3 G0. Кроме того, расчеты показали появление«состояния с низкой проводимостью» в конфигурациях «зиг-заг» Pt -Fe НП со значениямипроводимости порядка 1 G0 (рис.3.24, б), кривая 1).Таким образом, обнаружено два режима проводимости в конфигурациях «зиг-заг»Pt -Fe НП: «состояние с высокой проводимостью» (рис.24, а)) и «состояние с низкойпроводимостью» (рис.3.24, б)) с неизменными значениями проводимости в диапазоне (1.6 –2.3 Å).а)128б)Рис. 3.24.
Полная квантовая проводимость Pt-Fe нанопровода (1), спин-поляризованная проводимостьканалов со спином-вверх (2) и со спином-вниз (3), а также степень спиновой поляризации квантовогоэлектронного транспорта (g) в зависимости от среднего межатомного расстояния (4): состояние «с высокойпроводимостью» (а), состояние «с низкой проводимостью» (б).Расчеты полной энергии показали, что разность энергийΔE=EHTS-ELTS междуэнергиями «состояние с низкой проводимостью» (ELTS) и «состояниес высокойпроводимостью» (EHTS) провода изменяется при увеличении и уменьшении межатомныхрасстояний провода.В Таб.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
