Ab initio density functional calculations of ferromagnetism in low-dimensional nanostructures: From nanowires to nanorods

0331501 - ÚFM 2010 RIV US eng J - Článek v odborném periodiku
Zelený, Martin - Šob, Mojmír - Hafner, J.
Ab initio density functional calculations of ferromagnetism in low-dimensional nanostructures: From nanowires to nanorods.
[Studium feromagnetismu v nízkodimensionálních nanostrukturách z prvních principů: Od nanodrátů k nanotyčím.]
Physical Review. B. Roč. 79, č. 13 (2009), 134421/1-134421/10. ISSN 1098-0121
Grant CEP: GA AV ČR IAA100100920; GA MŠMT OC 147
Výzkumný záměr: CEZ:AV0Z20410507
Klíčová slova: magnetism of nanostructures * nanowires * iron * nickel
Kód oboru RIV: BM - Fyzika pevných látek a magnetismus
Impakt faktor: 3.475, rok: 2009

We present ab initio calculations of the electronic and magnetic properties of Fe and Ni nanostructures with a geometry varying between a straight linear wire and a three-dimensional nanorod. With decreasing tension along the axis of the nanostructure we find a series of transitions first from dimerized to periodic and zigzag wires, then to a planar triangular stripe, and further to a nanorod consisting of a periodic stacking of triangular antiprims. In all nanostructures atoms are in a high-moment state, with magnetic moments of about 3.1μB for Fe and about 1μB for Ni. A transition to a low-spin or nonmagnetic state is initiated at a fixed critical value of the interatomic distance, independent of dimension and coordination number. The analysis of the electronic structure shows that already for the one-dimensional nanostructures the ratio between exchange splitting and magnetic moment is close to the universal value I=Δ/M=1 eV/μB established for bulk itinerant magnets.

V práci studujeme nanostruktury železa a niklu s geometrií sahající od přímého atomového řetězce až po trojrozměrnou „nanotyč“. S klesajícím napětím podél osy nanostruktury nacházíme sérii přechodů, počínaje dimerizovanými a klikatými dráty a rovinnými trojúhelníkovými pruhy a konče „nanotyčemi“ tvořenými periodickým uspořádáním strukturních jednotek ve tvaru hranolů. Ve všech studovaných nanostrukturách jsou atomy ve stavu s vysokým magnetickým momentem, cca 3.1μB u železa a cca 1μB u niklu. Přechod do stavu s nízkým spinem nebo do nemagnetického stavu začíná při určité kritické hodnotě meziatomové vzdálenosti, která nezávisí na dimenzi a koordinačním čísle. Analýza elektronové struktury ukazuje, že již v jednorozměrných nanostrukturách je poměr mezi výměnným štěpením a magnetickým momentem blízký univerzální hodnotě I=Δ/M=1 eV/μB, která byla nalezena pro masivní pásové magnety.
Trvalý link: http://hdl.handle.net/11104/0176999