吸附于石墨烯上的 3d 与 4d 单原子的自发及外驱量子自旋涨落

当前信息纳米技术的核心在于寻找理想的平台来承载尽可能最小的磁体，即具有指向面外磁矩的单原子，正如二进制类型存储器所要求的那样。为此，像石墨烯这样的二维材料因其固有的低电子和低声子密度以及其六重对称性将是理想的基底。在此，我们从第一性原理出发研究了一种不利于磁稳定性的基本机制：改变自由-standing 石墨烯上沉积的 3d 和 4d 过渡金属原子局域自旋矩所感知的有效能量 landscape 的零点自旋涨落。利用含时密度泛函理论并借助涨落-耗散定理，我们发现这些自发量子涨落对于大多数 3d 元素可忽略不计，与 4d 原子形成强烈对比。令人惊讶的是，我们发现此类涨落可通过将 Tc 磁矩的易轴方向从初始的面内切换为面外来提升磁稳定性。吸附原子-石墨烯复合物产生了杂质态，在某些情况下决定了磁晶各向异性能——该量定义了保护磁矩的能量势垒，从而决定了可用非弹性扫描隧道谱探测的自旋激发行为。我们详细分析了电子-空穴激发、阻尼以及自旋激发的寿命对石墨烯上吸附磁矩动力学行为的影响。