通过界面工程调控Re(0001)上Co与4$d$过渡金属原子双层的磁相互作用
材料科学
2023-12-08 v1
摘要
采用第一性原理密度泛函理论（DFT），我们系统研究了由一层4过渡金属层（Rh、Pd和Ru）和一层Co层组成的原子双层在Re(0001)表面上的电子结构和磁性。我们的DFT计算揭示了双层组成及其堆叠顺序对磁基态和磁相互作用的影响。我们通过将总能量映射到一个包含交换相互作用、Dzyaloshinskii-Moriya相互作用（DMI）以及磁晶各向异性能（MAE）的有效自旋哈密顿量上，来获取磁相互作用。我们观察到，由于双层组成和覆盖层对称性的变化，双层杂化发生了显著变化，导致磁相互作用发生显著变化。在所有考虑的体系中，最近邻交换相互作用是铁磁性的，但其值变化可达5倍。在所考虑的薄膜中，有效的最近邻DMI常数表现出符号变化，有利于形成右旋（顺时针）或左旋（逆时针）摆线自旋螺旋。DMI的值在薄膜之间变化可达27倍。对于大多数体系，MAE有利于面外易磁化轴，然而，对于Re(0001)上的hcp-Co/Rh和hcp-Co/Ru双层，它更倾向于面内磁化轴。MAE的大小从约0.1 meV/Co原子的小值变化到Co/Pd双层的约2 meV/Co原子。对于Co层与真空相邻的薄膜，自旋螺旋能量色散曲线在铁磁态附近上升得相当快，表明存在一个大的有效交换常数，该常数稳定了Re(0001)上Co/4双层的铁磁基态。
引用
@article{arxiv.2312.04409,
title = {Tuning magnetic interactions of Co and 4$d$ transition-metal atomic bilayers on Re(0001) via interface engineering},
author = {Souvik Paul and Stefan Heinze},
journal= {arXiv preprint arXiv:2312.04409},
year = {2023}
}