通过4d过渡金属覆盖层调控反铁磁Fe/W(001)中的交换相互作用
材料科学
2021-09-22 v1
摘要
我们利用基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了Fe单层在W(001)表面上的磁性质——该表面呈现反铁磁基态——如何通过额外的4d过渡金属覆盖层进行修饰。为了了解4d能带填充如何影响Fe层中的交换相互作用，我们计算了4d/Fe/2W无支撑四层中自旋螺旋的能量色散，其中W(001)衬底仅由两个原子层表示。与覆盖层的杂化导致最近邻铁磁交换相互作用减弱，而次近邻交换作用增强。令人惊讶的是，我们发现对于所有具有4d覆盖层的系统，反铁磁态是不利的。对于系列开始（Nb）或结束（Pd）的4d覆盖层，我们发现铁磁基态。当向系列中心移动时，通过自旋螺旋（Mo, Rh）过渡到反铁磁基态（Tc, Ru）。我们研究了Fe/W(001)上的Mo、Ru和Pd覆盖层，用足够多的W层表示表面，以在其中心获得类体性质。自旋螺旋的能量色散显示出与4d/Fe/2W四层定性相同的结果。在考虑自旋-轨道耦合后计算的Dzyaloshinskii-Moriya相互作用显示出显著的强度和相当大的阻挫效应。计算的磁晶各向异性能也很大。所有4d/Fe/W(001)薄膜都是复杂非共线自旋结构的潜在候选者。
引用
@article{arxiv.2108.01359,
title = {Tuning exchange interactions in antiferromagnetic Fe/W(001) by 4d transition-metal overlayers},
author = {Nanning Petersen and Sebastian Meyer and Stefan Heinze},
journal= {arXiv preprint arXiv:2108.01359},
year = {2021}
}