反铁磁界面处的 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用：Rh(001) 上 FeIr 双层膜的第一性原理研究
材料科学
2017-10-11 v1 介观与纳米尺度物理
计算物理
摘要
我们使用基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了 Rh(001) 表面上的 Fe 和 5d 过渡金属（如 Os、Ir 和 Pt）原子层中的磁相互作用。对于 Rh(001) 上 5d-Fe 双层膜的两种堆叠方式，我们观察到随着 5d 能带填充，最近邻交换相互作用从反铁磁性转变为铁磁性。在 5d/Fe/Rh(001) 三明治结构中，最近邻交换显著减弱。对于 Rh(001) 上的 FeIr 双层膜，我们考虑了自旋螺旋态，以确定超越最近邻的交换常数。通过引入自旋轨道耦合，我们获得了 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用 (DMI)。Fe/Ir/Rh(001) 的磁相互作用与 Fe/Ir(001) 相似，后者已被预测存在原子级自旋晶格。然而，由于晶格常数不同以及 Rh 表面层与 Ir 表面层的差异，两个系统之间仍存在微小偏差。这导致了略有不同的交换常数和 DMI，并且易磁化方向从 Fe/Ir(001) 的垂直膜面转变为 Fe/Ir/Rh(001) 的面内。因此，通过使用单层 5d 过渡金属层可以对磁相互作用进行微调，这可能有助于在此类超薄膜中定制反铁磁斯格明子。在三明治结构 Ir/Fe/Rh(001) 中，由于 Fe 层与 Ir 和 Rh 的强杂化，我们发现了强烈的交换挫败，这极大地减弱了最近邻交换。来自 DMI 的能量贡献变得极大，且超越最近邻的 DMI 不可忽略。我们将这种巨大的 DMI 归因于表面 Ir 层的低配位。我们证明了高阶交换相互作用在两个系统中均很显著，这可能对磁基态起决定性作用。
引用
@article{arxiv.1708.06549,
title = {Dzyaloshinskii-Moryia interaction at an antiferromagnetic interface: first-principles study of FeIr bilayers on Rh(001)},
author = {Sebastian Meyer and Bertrand Dupé and Paolo Ferriani and Stefan Heinze},
journal= {arXiv preprint arXiv:1708.06549},
year = {2017}
}