理工論文ＦｅＧｅ納米線中外延應(yīng)力導(dǎo)致的鐵磁性

1、納米線中外延應(yīng)力導(dǎo)致的鐵磁性 納米線中外延應(yīng)力導(dǎo)致的鐵磁性是小柯論文網(wǎng)通過網(wǎng)絡(luò)搜集，并由本站工作人員整理后發(fā)布的，納米線中外延應(yīng)力導(dǎo)致的鐵磁性是篇質(zhì)量較高的學(xué)術(shù)論文，供本站訪問者學(xué)習(xí)和學(xué)術(shù)交流參考之用，不可用于其他商業(yè)目的，納米線中外延應(yīng)力導(dǎo)致的鐵磁性的論文版權(quán)歸原作者所有，因網(wǎng)絡(luò)整理，有些文章作者不詳，敬請(qǐng)諒解，如需轉(zhuǎn)摘，請(qǐng)注明出處小柯論文網(wǎng)，如果此論文無法滿足您的論文要求，您可以申請(qǐng)本站幫您代寫論文，以下是正文。 摘 要對(duì)在ge(111)表面沿著11-0方向外延生長(zhǎng)的單斜fege納米線進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雖然塊體單斜fege相是反鐵磁性，其納米線卻在200 k以下表現(xiàn)出強(qiáng)鐵磁有序.每個(gè)fe

2、原子的磁矩為0.8 b.密度泛函計(jì)算揭示外延產(chǎn)生的晶格壓縮使類派爾斯反鐵磁基態(tài)失穩(wěn)，從而穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)觀察到的鐵磁性.關(guān)鍵詞納米磁性，納米線，外延應(yīng)力，密度泛函計(jì)算epitaxial stabilization of ferromagnetism in fege nanowireszeng chang|gan(hefei national laboratory for physical sciences at microscale, department of physics, university of science and technology of china, hefei 230026 c

3、hina)abstractepitaixial monoclinic fege nanowires have been grown on ge(111) along the direction. whereas monoclinic fege is antiferromagnetic in the bulk, the nanowires are surprisingly strong ferromagnets below 200 k, with an average magnetic moment of 0.8 b per fe atom. density functional calcula

4、tions indicate that the observed ferromagnetism is stabilized by lattice compression, which destabilizes the antiferromagnetic peierls-like ground state.keywordsnano ferromagnetism,nanowires, epitaxial strain,density functional calculations由于在技術(shù)上有非常多的應(yīng)用，對(duì)固體中強(qiáng)磁性的研究一直是磁學(xué)研究的重點(diǎn).然而從物理內(nèi)涵來講，強(qiáng)磁性比較單調(diào)沉悶.物理學(xué)家更

5、感興趣的是各種弱磁性的材料，因?yàn)樗鼈兲N(yùn)含更豐富的物理機(jī)制，并且可能導(dǎo)致一些新穎物相的出現(xiàn).人們希望能夠理解其中的自旋相互作用以及自旋與其他自由度（如軌道、電荷、晶格振動(dòng)等）的相互作用，從而可以優(yōu)化設(shè)計(jì)出集成度更高、能耗更低、速度更快的物理器件.比如，高溫超導(dǎo)體的母體化合物磁性為反鐵磁性，但經(jīng)“電子”或“空穴”摻雜后，長(zhǎng)程反鐵磁性被抑制，一種新穎的弱磁序短程自旋漲落占主導(dǎo).這種短程自旋漲落被認(rèn)為是和高溫超導(dǎo)電磁緊密相關(guān)的，很有可能是電子配對(duì)產(chǎn)生超導(dǎo)的根源.讓人驚訝的是，最近在一些弱鐵磁性材料（如uge2，zrzn2 ）1中，發(fā)現(xiàn)在低溫下超導(dǎo)性竟然能夠和鐵磁性共存，這與以前人們的認(rèn)識(shí)大相徑庭.其中

6、的超導(dǎo)電子配對(duì)機(jī)理仍不完全清楚，但可能與弱鐵磁性的漲落有關(guān).當(dāng)材料尺度縮小到納米尺寸時(shí)，由于尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)等而常常表現(xiàn)出迥異于體相的性質(zhì).可以預(yù)料，磁性材料，甚至是強(qiáng)磁性材料，當(dāng)尺寸降到納米級(jí)別時(shí)，將呈現(xiàn)不同于體相的豐富多彩的現(xiàn)象.強(qiáng)鐵磁性材料fe通常為體心立方結(jié)構(gòu)，居里溫度高達(dá)1040 k.然而在cu(100)表面外延生長(zhǎng)的fe超薄膜則為面心立方結(jié)構(gòu)，而且其磁性隨薄膜厚度變化而改變，可以出現(xiàn)不同的磁性有序相，如反鐵磁性，低自旋和高自旋鐵磁性2.表面效應(yīng)對(duì)納米尺度的磁性影響非常大：反鐵磁材料（如nio，coo）的納米顆粒由于表面存在沒有被抵消的同方向自旋而表現(xiàn)出剩余的鐵磁性；甚至體相為非磁

7、性的pd納米顆粒也能出現(xiàn)鐵磁有序，這是因?yàn)閜d納米顆粒的某些晶面（如(100)面）上的局域態(tài)密度得到增強(qiáng)，滿足stoner判據(jù)，從而穩(wěn)定表面的鐵磁有序3.在某些具有復(fù)雜相互作用的弱磁性材料中，鐵磁序和反鐵磁序相互競(jìng)爭(zhēng)，兩者的基態(tài)能量相差很小，其中一方以微弱優(yōu)勢(shì)取勝，從而使該體系表現(xiàn)為這一方的弱磁性有序.因此即使施加很弱的外場(chǎng)也極有可能使其轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪淮判韵?比如對(duì)于gecuo3，鐵磁序和反鐵磁序基態(tài)的能量差別非常小，反鐵磁序勝出.最新的計(jì)算表明，只要施加約1gpa的靜壓就能使其轉(zhuǎn)變?yōu)殍F磁序，并且已經(jīng)被單晶塊材的高壓實(shí)驗(yàn)所證實(shí)4.對(duì)于低維納米體系，如果外延生長(zhǎng)在晶格不完全匹配的襯底上，低維納米體系

8、內(nèi)將產(chǎn)生襯底施加的外延應(yīng)力.對(duì)于等效于靜壓的外延壓縮應(yīng)力場(chǎng)，一個(gè)自然而然的問題就是：能否通過它來調(diào)控弱磁性納米結(jié)構(gòu)的磁性基態(tài)呢？本文主要介紹作者在納米線磁性研究方面的工作進(jìn)展：實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)體相為弱反鐵磁性的單斜fege納米線可以外延生長(zhǎng)在ge(111)表面；由于外延產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力，此納米相出現(xiàn)長(zhǎng)程鐵磁序5 .塊體單斜fege為反鐵磁性，其晶格參數(shù)為：a= 11.84, b= 3.94, c= 4.94, = 103.51，奈爾溫度為340 k.圖1是中子衍射實(shí)驗(yàn)在150 k時(shí)測(cè)得的磁性結(jié)構(gòu)，這種相當(dāng)復(fù)雜的自旋結(jié)構(gòu)揭示了其反鐵磁性是復(fù)雜自旋相互作用競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果.我們期待外延應(yīng)力可以對(duì)fege納米相的磁

9、性進(jìn)行調(diào)制.圖1 單斜fege體相在150 k時(shí)的磁性結(jié)構(gòu).大圈和小圈分別代表fe和ge原子，空圈和實(shí)圈分別表示原子位于y = 0平面和y = b/2平面在干凈的ge(111)表面沉積fe，然后退火到620c，就可以得到自組織生長(zhǎng)的單斜fege納米線.圖2（a）是大范圍的掃描隧道顯微鏡（stm）圖圖2 （a）2單層fe蒸發(fā)到ge(111)表面，然后退火到620c形成納米線的stm圖像，尺寸為500 nm 500 nm；（b）fege納米線a-c截面的高分辨stem圖像像.fege納米線沿著ge11-0方向生長(zhǎng)，這是因?yàn)閱涡眆ege的b軸（b = 3.94）與ge11-0方向（周期為4.0）晶格

10、匹配的緣故.為了更準(zhǔn)確地得到外延納米線的晶格常數(shù)，我們利用掃描透射電子顯微鏡（stem）測(cè)量，成功地獲得原子分辨的圖像（圖2（b）.從該圖像中可以看出，納米線的結(jié)構(gòu)確實(shí)是單斜結(jié)構(gòu)，a-c面的晶格常數(shù)也可以被確定，其中a=（10.5 0.1），c=（5.0 0.1），=103.7 0.2.我們發(fā)現(xiàn)，c與和體相中的對(duì)應(yīng)值差別不大，但a值差異很大.這表明在沿a軸方向存在很大的外延應(yīng)力（10）.電子能量損失譜（eels）對(duì)位于708 ev的fe l邊和位于1217 ev的ge l邊的分析也表明，在納米線中，化學(xué)組分fe/ge比例為1：1，誤差大約為10.綜合stem和eels結(jié)果，我們可以毫無疑義地確

11、定這些外延納米線為單斜晶系fege相.通過超導(dǎo)量子干涉器件（squid）測(cè)量，我們對(duì)圖3 納米線樣品零場(chǎng)剩余磁化強(qiáng)度和場(chǎng)致磁化強(qiáng)度隨溫度的變化(測(cè)量時(shí)磁場(chǎng)位于平面內(nèi),插入圖是5 k時(shí)平面內(nèi)和垂直于平面的磁滯回線) 圖4 計(jì)算的鐵磁和反鐵磁基態(tài)能量差隨晶格常數(shù)a和b的變化(左邊和右邊的實(shí)心圓圈分別代表納米線中和體相中的晶格常數(shù)位置)樣品進(jìn)行了磁性分析，結(jié)果如圖3所示.令人驚訝的是，這些體相反鐵磁性的單斜fege納米線竟然是鐵磁性的.從磁化強(qiáng)度隨溫度的變化曲線看，零場(chǎng)剩余磁矩在200 k左右趨于零，而場(chǎng)致磁化強(qiáng)度卻要到250 k才消失.這兩者的不一致可能源于各向異性很強(qiáng)的納米線間的磁性耦合.居里溫

12、度應(yīng)介于200 k和250 k之間.從磁滯回線可以得出5 k時(shí)每個(gè)fe原子的磁矩為0.8 b.如果只有表面原子才存在鐵磁性耦合，那么平均每個(gè)fe原子的自發(fā)磁矩將非常小，低于0.1b.而實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的磁矩接近1 b，因此這不可能只是表面效應(yīng)導(dǎo)致的結(jié)果，而應(yīng)該是真正的整體鐵磁性，即納米線中所有的fe原子磁矩都是鐵磁性耦合的.前面提到，對(duì)于有復(fù)雜競(jìng)爭(zhēng)相互作用的體系，其電子結(jié)構(gòu)和磁性對(duì)晶格變化敏感.而結(jié)構(gòu)分析表明納米線中有壓縮外延應(yīng)力，特別是沿a方向晶格常數(shù)相比體相減小了大約10.這很有可能是產(chǎn)生鐵磁性的原因.為了驗(yàn)證這點(diǎn)，我們進(jìn)行了第一性原理的局域密度泛函計(jì)算.對(duì)于弛豫后的體相單斜fege結(jié)構(gòu)，鐵磁性和

13、反鐵磁性存在微妙的平衡，反鐵磁基態(tài)僅僅比鐵磁基態(tài)每個(gè)原胞低0.016 ev而占優(yōu).這與體相的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符，也證實(shí)單斜fege是弱反鐵磁性的.為了驗(yàn)證納米線鐵磁性的來源，我們固定= 103.51，讓c完全弛豫，進(jìn)一步計(jì)算了 納米線中外延應(yīng)力導(dǎo)致的鐵磁性是小柯論文網(wǎng)通過網(wǎng)絡(luò)搜集，并由本站工作人員整理后發(fā)布的，納米線中外延應(yīng)力導(dǎo)致的鐵磁性是篇質(zhì)量較高的學(xué)術(shù)論文，供本站訪問者學(xué)習(xí)和學(xué)術(shù)交流參考之用，不可用于其他商業(yè)目的，納米線中外延應(yīng)力導(dǎo)致的鐵磁性的論文版權(quán)歸原作者所有，因網(wǎng)絡(luò)整理，有些文章作者不詳，敬請(qǐng)諒解，如需轉(zhuǎn)摘，請(qǐng)注明出處小柯論文網(wǎng)，如果此論文無法滿足您的論文要求，您可以申請(qǐng)本站幫您代寫論文，

14、以下是正文。鐵磁和反鐵磁基態(tài)能量差隨晶格常數(shù)a和b的變化，如圖4所示.結(jié)果說明，單斜fege的磁性基態(tài)確實(shí)對(duì)晶格常數(shù)很敏感，特別是沿a軸方向壓縮非常有利于穩(wěn)定鐵磁性.對(duì)于納米線確定的晶格常數(shù)（a= 10.5），計(jì)算表明鐵磁性明顯占優(yōu)，與squid實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全一致.在此晶格常數(shù)位置，計(jì)算的每個(gè)fe原子平均磁矩為1.37 b，稍大于實(shí)驗(yàn)觀測(cè)值.另外對(duì)晶格的仔細(xì)考察發(fā)現(xiàn)，只有體相的晶格是穩(wěn)定的.這說明納米線中壓縮晶格的穩(wěn)定是襯底施加應(yīng)力的結(jié)果.為了理解為什么晶格壓縮能穩(wěn)定鐵磁有序，我們還計(jì)算了鐵磁相和反鐵磁相的態(tài)密度.對(duì)于不同晶格常數(shù)a，鐵磁相的態(tài)密度基本相似，而反鐵磁相的態(tài)密度卻強(qiáng)烈依賴于a值.a

15、值很大時(shí)，費(fèi)米面上下的3d特征峰都得到增強(qiáng)，而費(fèi)米面的3d特征態(tài)密度卻被耗盡，基本為零.這說明類派爾斯機(jī)制是穩(wěn)定體相反鐵磁性的原因.而減小a值將增強(qiáng)p-d軌道雜化，抑制fe原子的磁矩，從而使鐵磁性更穩(wěn)定.綜上所述，單斜fege納米線可以自發(fā)地外延生長(zhǎng)在ge(111)表面，磁性不同于體相的反鐵磁性，表現(xiàn)為鐵磁性.結(jié)構(gòu)表征和理論分析表明，鐵磁性起源于外延生長(zhǎng)產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力.這一發(fā)現(xiàn)揭示體材料中的復(fù)雜競(jìng)爭(zhēng)相互作用，很有可能導(dǎo)致其納米相可以被調(diào)制出與體相迥異的性質(zhì)，從而為功能納米材料和器件的探索提供新的思路.參考文獻(xiàn)1 saxena s s, agarwal p, ahilan k et al. na

16、ture, 2000, 406: 587; pfleiderer c, uhlarz m, hayden s m et al. nature, 2001, 412: 582 asada t, blgel s. phys. rev. lett., 1997, 79: 5073 shinohara t, sato t, taniyama t. phys. rev. lett., 2003, 91: 1972014 filippetti a,fiorentini v. phys. rev. lett. 2007, 98: 196403; takahashi h, mri n, fujita o et

17、 al. solid state commun., 1995, 95: 8175 zeng c, kent p r c, varela m et al. phys. rev. lett., 2006, 96: 127201其他參考文獻(xiàn)baker, sheridan. the practical stylist. 6th ed. new york: harper & row, 1985.flesch, rudolf. the art of plain talk. new york: harper & brothers, 1946.gowers, ernest. the complete plai

18、n words. london: penguin books, 1987.snell-hornby, mary. translation studies: an integrated approach. amsterdam: john benjamins, 1987.hu, zhuanglin. 胡壯麟, 語言學(xué)教程 m. 北京: 北京大學(xué)出版社, 2006.jespersen, otto. the philosophy of grammar. london: routledge, 1951.leech, geoffrey, and jan svartvik. a communicative grammar of english. london: longman, 1974.li, qingxue, and peng jianwu. 李慶學(xué)、彭建武, 英