原子碳线中自旋极化电导的第一性原理研究

我们分析了由末端磁性（Co）原子和内部非磁性（C）原子组成、夹在金电极之间的一维原子碳线的自旋相关能量学和电导，结果采用第一性原理梯度校正密度泛函理论和 Landauer 电导公式计算得到。发现包含偶数个内部碳原子的碳线具有乙炔型结构及 $\sigma$-$\pi$ 成键模式，而包含奇数个内部碳原子的碳线由于强 $\pi$ 共轭呈现累积烯型结构。包含多达13个 C 原子的碳线基态被发现具有两个末端 Co 原子的反平行自旋构型，而14个 C 原子的碳线基态具有平行的 Co 自旋构型。碳线中反铁磁态的稳定性归因于超交换效应。对于累积烯型碳线，该效应对所有线长均为常数。对于乙炔型碳线，超交换效应随线长增加而减小，在包含14个碳原子的原子线中趋于零。零偏压极限下的电导计算显示出自旋阀行为，平行的 Co 自旋构型态比相应的反平行态具有更高的电导，且两种自旋构型的电导均随线长呈非单调变化。