过渡金属三层膜中高阶交换相互作用的趋势
材料科学
2021-07-21 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
我们基于密度泛函理论计算，对过渡金属三层膜中超出成对 Heisenberg 交换的高阶交换相互作用进行了系统研究。我们表明，这些项在由单个六方 Fe 或 Co 原子层夹在 4d 和 5d 过渡金属层之间构成的磁性三层膜中可发挥重要作用。我们研究了双二次以及三格点、四格点四自旋相互作用对 4d 和 5d 层能带填充以及堆垛次序（即 fcc 与 hcp 堆垛）的依赖性。我们的计算显示，基于 Co 的三层膜中高阶相互作用相对较小。对于含有 Rh 或 Ir 层的基于 Fe 的三层膜，高阶项可与成对 Heisenberg 交换同数量级。将自由站立三层膜所得趋势用于理解实验可触及的表面上超薄膜系统中的高阶相互作用。结果表明，hcp Rh/Fe/Ir(111) 和 hcp-Rh/Fe/Rh(111) 在所有研究系统中具有最大的双二次和三格点四自旋相互作用值。我们进一步证明，三格点四自旋相互作用是实验观察到的 Rh/Fe/Ir(111) 磁基态从 fcc-Rh 的螺旋自旋（单 Q）变为 hcp-Rh 的 2Q 态的原因。对于 Rh/Fe/Rh(111)，即用等电子的 Rh 表面替换 Ir 表面，我们发现类似趋势。对于 Rh/Co/Ir(111)，我们得到四格点四自旋相互作用为负值，这将导致在该薄膜中零磁场下亚稳的磁性 skyrmion 稳定性降低。相反，对于 Pd/Fe/Ir(111)，四格点四自旋相互作用为正，导致 skyrmion 稳定性增强。
引用
@article{arxiv.2104.10371,
title = {Trends of higher-order exchange interactions in transition-metal trilayers},
author = {Mara Gutzeit and Soumyajyoti Haldar and Sebastian Meyer and Stefan Heinze},
journal= {arXiv preprint arXiv:2104.10371},
year = {2021}
}