Диссертация (1104967), страница 19
Текст из файла (страница 19)
3.4 представлены значения разности энергий ΔE для характерных значенийсредних межатомных расстояний r между атомами в НП и значения (х), соответствующегостепени сжатия провода перпендикулярно его оси.129Таб. 3.4.Разность энергий (ΔE), деформация (x) и среднее межатомное расстояние (d) в Pt-Fe НП.r(Å)1.61.82.22.3x(Å)1.71.40.90ΔE(эВ)0.9420.1530.2160Разность энергий (ΔE) принимает значение ~ 0 эВ для практически линейногонанопровода при межатомных расстояниях r ~ 2.3 Å, и возрастает до ~ 1эВ в конфигурациидвух взаимодействующих НП при межатомном расстоянии r ~ 1.6Å.
Таким образом,«состояние с низкой проводимостью» является основным для конфигурации «зиг-заг» Pt Fe НП. В линейном НП (> 2.3Å) основное состояние соответствует значению проводимости2G0 и «состояние с низкой проводимостью» исчезает, то есть в смешанных Pt-Fe НП дляконфигурации «зиг-заг» в зависимости от межатомного расстояния может существоватьсостояние как с «низкой», так и с «высокой» проводимостью.Проведенные расчеты электронной структуры показали, что спиновая поляризацияPt-Fe НП сильно зависит от его геометрии, а также влияет на их магнитные свойства.Исследование показало исчезновение спиновой поляризации электронного транспорта влинейном Pt -Fe НП.
Значения проводимости через каналы «со спином вверх» и «со спиномвниз» одинаковы, при этомсоставляют 1 G0 (рис.3.24, кривые 2, 3) и остаютсянеизменными в диапазоне (2.3 Å - 2.6Å). Значение g резко падает до ~ 0 при увеличениимежатомных расстояний провода в линейном НП (рис.3.24, кривая 4), что означаетисчезновение спиновой поляризации электронного транспорта в линейных смешанных PtFe НП.Для описания влияния геометрии провода на ΔE введем степень сжатия провода в«зиг-заговой» конфигурации – х, представляющую собой расстояние между атомами Pt иFe, перпендикулярно оси НП.
В таб. 3.4 представлены ΔE для характерных расстояний (х,r). Увеличение расстояния х приводит к уменьшению разности энергий (ΔE). Переходсмешанных при сильном уменьшении межатомных расстояний НП. Переход смешанныхсмешанных Pt -Fe НП к системе взаимодействующих однокомпонентных НП (r<1.6 Å)приводит к стабилизации нового «состояния с низкой проводимостью», как основногосостояния НП, и к исчезновению «состояния с высокой проводимостью».Исследование показало наличие двух энергетических состояний Pt-Fe НП.
Такимобразом, обнаружено, что двухуровневые энергетические системы существуют только в Pt-130FeНПвконфигурации«зиг-заг».ЛинейныеНПилинейныесистемыдвухвзаимодействующих Pt и Fe НП представляют собой одноуровневые системы.На Рис.3.25 представлена зависимостьпроводимости от энергии для линейногопровода (r=2.5Å)(а) и конфигурации «зиг-заг» Pt-Fe НП (r=2.2 Å)(б), соответствующемсостоянию «с высокой проводимостью». Расчеты проводимости показали отсутствиеспиновой поляризации электронного транспорта в линейном Pt-Fe НП. Как видно из рис.3.25 а), проводимость через каналы «со спином вверх» (кривая 1) и «со спином вниз»(кривая 2) на уровне Ферми (энергии ферми левого и правого электродов) одинакова исоставляет ~ 1G0. Исследование магнитных свойств Pt-Fe провода показало, что линейныйPt-Fe НП является антиферромагнитным.
Кроме того, исследование проводящих свойствНП показало, что ток через линейные антиферромагнитные провода является не спинполяризованным. На этом же рис. 3.25 (а, б) представлена зависимость полнойпроводимости от энергии (кривая 3). Из рис.3.25,б) видно, что величина проводимостичерез канал со спином вверх составляет значение порядка 2G0, а через канал со спиномвниз: 1G0,. Степень спиновой поляризации (g) электронного транспорта составляет порядка0.33 (рис.3.24, кривая 4). Это соотношение остаётся практически неизменным в области r от1.5Å до 2.3Å, что соответствует области существования конфигурации «заг-заг» Pt-Fe НП.а)131б)Рис.3.25. Зависимость проводимости Т(Е) через спин-вверх (1) и спин-вниз (2) каналы и полнаяпроводимость(3) при нулевом напряжении для конфигураций НП : линейная при среднем межатомномрасстоянии 2.5Å (а) и «зиг-заг»при 2.2Å для основного состояния. Ef энергии Ферми левого и правогоэлектродов исследуемых систем (б).В свою очередь механизм проводимости в «состоянии с низкой проводимостью» длясмешанных Pt-Fe НП сильно отличается от механизма проводимости «состояния с высокойпроводимостью».
На рис.3.26 представлена парциальная проводимость через каналы соспином вверх (кривая 1) и со спином вниз (кривая 2) для состояния «с низкойпроводимостью» (межатомное расстояние 2.2 Å). Из рис.3.26 видно, что транспорт естьтолько через канал со спином вверх на уровне Ферми (~ 1 G0), транспорт через канал соспином вниз равен нулю.
Степень спиновой поляризации (g) возрастает до 0.99 для НП в«состоянии с низкой проводимостью» (рис. 3.24, б), кривая 4). Полученные результатыспектра проводимости показывают, что состояние «с низкой проводимостью» Pt-Fe НПпредставляет собой спин-фильтр систему.В результате, проведенное исследование показало наличие двух энергетическихсостояний Pt-Fe НП с различными типами проводимости: спин-фильтр состояния «с низкойпроводимостью» и спин-поляризованные состояния «с высокой проводимостью» сразностью энергий (ΔE), зависящей от межатомного расстояния в проводе.132Рис.3.26.
Проводимостьв Pt-Fe НП при среднем межатомном расстоянии 2.2 Å для «состояния снизкой проводимостью».Для объяснения механизма проводимости и участия у ней двух энергетическихсостояний смешанных Pt-Fe НП нами было проведено исследование электроннойструктуры равномерно смешанных Pt-Fe НП. Расчеты электронной структуры показалипричину возникновения спинового фильтра («состояние с низкой проводимостью») и спинполяризованного («состояние с высокой проводимостью») в Pt-Fe проводе.На рис.3.27 представлена ППС атомов Fe и Pt в зигзаговой конфигурации Pt-Fe НПпри среднем межатомном расстоянии 2.2Å.
В зонной структуреPt-Fe НП образуются тригибридные зоны: dxy – dx2, s – dz2 и dxz – dyz.В состоянии спинового фильтра («состояние с низкой проводимостью», спиновыйфильтр) образуется (рис. 3.27, а)) только dxz – dyz гибридная - зона на уровне Ферми. Этазона дает основной вклад в полную ПС на уровне Ферми. В то же время вклад от другихгибридных зон остаётся незначительным. Новая- dxz – dyz гибридная зона образованаперекрытием электронных орбиталей в плоскости, ортогональной к оси провода,помощью которого формируетсястолько один канал проводимости, в результате чегообщая проводимость Pt-Fe НП сильно снижается (до 1G0), поскольку в соответствии спринципом Паули возможно только одно направление спина электрона.133Другая зонная структура наблюдается в Pt-Fe НП в «состояниис высокойпроводимостью» (спин-поляризованное состояние): (s – dz2), (dxz – dyz) и (dxz – dx2)состояния атомов Fe размещены на уровне Ферми (рис.
3.27, б). Все эти орбитали сильногибридизованы с такими же орбиталями атомов Pt. На уровне Ферми формируется s-dz2гибридная зона изпроводимостью»орбиталей атомов Pt и Fe в Pt-Fe НП для состояния «с высокой(спин-поляризованное состояние) (рис. 3.27, б)). Эта гибридная зонаформирует новую электронную орбиталь с аксиальной симметрией вдоль оси провода. Обеполу-заполненные орбиталиdxy – dx2, dxz – dyz атома платины включеныв процесспроводимости, поэтому возможны оба направления спина электрона.а)134б)Рис.
3.27. Зависимость ППС атомов Fe и Pt в зиг-заговой конфигурации Pt-Fe НПпри среднеммежатомном расстоянии 2.2Å от E- Ef:: «спин-фильтр» состояние («состояние с низкойпроводимостью») (а), спин-поляризованное состояние «состояние с высокой проводимостью» (б).Слабый пик dxy зоны также присутствует на уровне Ферми. Эти зоны (s-dz2 и dxy –dx2, dxz – dyz) формируют два проводящих канала: канал со спином вверх (2G0) и канал «соспином вниз» (1G0). Так как в линейном Pt-Fe НП s-dz2 гибридная связь имеет аксиальнуюсимметрию, спин-фильтр состояние не формируется. Расчёты показали, что в линейном PtFe НП формируется только (s – dz2), гибридная зона за счет осевой симметрии провода и необразуется «состояние с низкой проводимостью» - спиновый фильтр.135В случае двух взаимодействующих Pt и Fe НП формируется только dxz-dyz гибриднаясвязь, более энергетически выгодная в связи с исчезновением осевой симметрииэлектронной структуры, в результате «состояние с высокой проводимостью» становитсяневозможным.
Таким образом в представленных результатах показано, что структураорбиталей и тип гибридизации сильно зависят от геометрии провода.136ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ1. Показано, что в смешанных НК в исследованных конфигурациях (Ag-Au-Ag, AuAg-Ag, Co-Au-Co, Au-Co Co) добавление атомов Co увеличивает прочность контакта посравнению с чистым золотым (увеличивается значение силы, необходимой для разрываНК), а добавление атомов Ag приводит к увеличению диапазона межатомных расстояний,при которых возможно существование смешанного НК.2. В смешанном НКконфигурации Au-Co-Au на расстояниях больше 10.56 Åпроисходит вытягивание атомов золота из электродов с образованием стабильных (посравнению с чистыми золотыми НК) смешанных 5-ти атомных НК.3.
Смешение атомов благородных (Au) и переходных металлов (Pt, Pd) с атомамимагнитных элементов приводит к стабилизации провода и повышению его устойчивости кдеформациям «растяжения-сжатия».4. Формирование стабильных одномерных сплавов наблюдается даже для техэлементов, которые не сплавляются в кристаллическом массиве – Au-Co. Во всехбиметаллических нанопроводах при сжатии и переходе провода в конфигурацию «зиг-заг»происходит значительное уменьшение энергии его формирования. При этом наиболеевыгодным является формирование биметаллических нанопроводов с атомами Fe или Co вкачестве второго магнитного компонента.5.
Биметаллические нанопровода, образованные из атомов Pt, Pd, Au в качествебазового элемента и атомов Co, Fe, Ni в качестве второго магнитного компонента обладаютмагнитными свойствами. Максимальные значения магнитного момента соответствуютнанопроводам типа Pd-, Pt-, Au-Fe, что свидетельствует о максимальной намагниченностибиметаллических одномерных систем с железом в качестве второго компонента.6. Для биметаллических нанопроводов с атомами Fe в качестве второго магнитногокомпонента (Pt-Fe, Pd-Fe, Au-Fe) при растяжении наблюдается переход из ферромагнитногосостояния в антиферромагнитное, сопровождающийся трансформацией провода изконфигурации «зиг-заг» в линейную.7. Обнаружена зависимость проводящих свойств одномерных Pt -Fe нанопроводов отих геометрии. Обнаружено появление спиновой поляризации электронного транспорта в“зиг-заг” конфигурации НП при ферромагнитном упорядочении магнитных моментоватомов железа и ее исчезновение в линейном Pt -Fe нанопроводе с одинаковым в обоихслучаях значением проводимости 1 G0.8.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
