热力学稳定的CaMnO$_{3}$(001)表面的结构与磁性重构

我们使用从头算热力学计算了包括空位、吸附原子和额外层在内的表面重构在CaO和MnO$_{2}$终止面上的相对热力学稳定性，以预测($\sqrt{2}\times\sqrt{2}$)$R$45$^{\circ}$ CaMnO$_{3}$(001)的表面相图。考虑了化学计量和非化学计量的重构。由CaMnO$_{3}$的二元和三元子相驱动的边界条件定义了其体相稳定区域，该区域限定了能与体相平衡的稳定表面重构。大多数表面采用体相基态的磁序，即G型反铁磁（AFM）序，但一些MnO$_{2}$终止的表面在表面层自旋翻转时更稳定。在573 K时，化学计量的CaO和MnO$_{2}$终止表面以及一种CaO终止的表面重构（其中一半的Ca被Mn取代）被预测为热力学稳定的。MnO$_{2}$终止的表面重构在高温相图中占主导地位，包括每表面晶胞具有MnO和MnO$_{2}$吸附物的相。