Re(0001) 上 Rh 与 Fe 原子双层中磁相互作用的调控
介观与纳米尺度物理
2020-03-18 v2
摘要
利用密度泛函理论，我们研究了 Re(0001) 上由 Fe 层与 Rh 层组成的双层的堆垛次序与顺序与其磁性质之间的关联。我们发现 fcc/fcc 堆垛双层在能量上非常不利，而 hcp 与 fcc 堆垛的所有其他组合在能量上接近。通过将 DFT 总能量映射到包含 Heisenberg 交换、Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用、磁晶各向异性能以及高阶交换相互作用的自旋模型来评估磁相互作用。我们发现双层的堆垛顺序显著改变了磁相互作用。结果，我们发现 hcp-Fe/hcp-Rh 具有由 DMI 驱动的、周期为 11~nm 的摆线型自旋螺旋基态。对于 fcc-Fe/hcp-Rh 与 hcp-Fe/fcc-Rh，我们得到铁磁基态。包含自旋轨道耦合的 hcp-Fe/hcp-Rh 的自旋螺旋能量色散表明，在外磁场中场极化铁磁背景上可稳定孤立 skyrmion。若 Fe 层夹在 Rh 覆盖层与 Re(0001) 衬底之间，则 Rh-Fe 杂化偏好的铁磁耦合与 Fe-Re 杂化诱导的反铁磁耦合之间存在竞争。由于 Fe/Re 界面，DMI 可变得非常大。对于 fcc-Rh/hcp-Fe，我们得到由交换相互作用阻挫诱导、并进一步由 DMI 稳定的、周期为 1.7~nm 的摆线型自旋螺旋。对于 hcp-Rh/hcp-Fe，我们发现由 DMI 驱动的、周期为 4~nm 的摆线型自旋螺旋，以及由于反铁磁最近邻交换而局部近反平行的磁矩。所考虑薄膜中的高阶交换常数可能显著，但它们并不稳定多- 态。
引用
@article{arxiv.1912.03465,
title = {Tailoring magnetic interactions in atomic bilayers of Rh and Fe on Re(0001)},
author = {Souvik Paul and Stefan Heinze},
journal= {arXiv preprint arXiv:1912.03465},
year = {2020}
}