Квантово-химическое исследование атомной и электронной структуры интерфейсов LSMO с углеродными нанотрубками различной хиральности

Квантово-химическое исследование атомной и электронной структуры интерфейсов LSMO с углеродными нанотрубками различной хиральности

Автор: Ковалева Е.А., Кузубов А.А., Куклин А.В., Михалев Ю.Г., Попов З.И.

Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau

Рубрика: Технологические процессы и материалы

Статья в выпуске: 3 т.16, 2015 года.

Бесплатный доступ

Замещенные манганиты лантана с общей формулой La 1-xSr xMnO 3 (LSMO) являются перспективными материалами спинтроники и спинкалоритроники, что обусловлено практически стопроцентной спиновой поляризацией данных материалов. На основе интерфейсов LSMO-графен были созданы высокоэффективные органические светодиоды (ОLED) и спиновые клапаны. Многостенные углеродные нанотрубки, соединяющие электроды на основе La 0,7Sr 0,3MnO 3, являющегося полуметаллом, демонстрируют высокое магнитное сопротивление, большое время жизни ориентированного спина, высокую скорость Ферми. Полученные экспериментальные результаты подтверждаются также данными квантово-химических расчетов. Тем не менее интерфейсы замещенных манганитов лантана с углеродными нанотрубками в настоящее время изучены недостаточно. В ходе квантово-химического исследования взаимодействия углеродных нанотрубок различной хиральности с поверхностью замещенного манганита лантана La 0,67Sr 0,33MnO 3 при помощи теории функционала плотности в обобщенно-градиентном приближении с использованием поправки Хаббарда и коррекции вандерваальсова взаимодействия рассмотрены различные варианты расположения нанотрубок относительно атомов пластины. Рассмотрены нанотрубки как конфигурации «зигзаг» (хиральности (9,0)), так и конфигурации «кресло» (хиральности (5,5)). Построены парциальные плотности состояний атомов нанотрубок, исследовано влияние подложки на электронную структуру нанотрубок, а также возможность применения исследуемых нанокомпозитов в устройствах спинтроники. Показано, что при взаимодействии углеродных нанотрубок с поверхностью LSMO (001) вследствие несовпадения структурных параметров наблюдается деформация нанотрубок по сравнению с исходной структурой. Нанотрубка хиральности (9,0) после взаимодействия с пластиной оказывается сжатой примерно на 9 %, в то время как нанотрубка хиральности (5,5) растягивается примерно на 5 %. Установлено, что указанная деформация приводит к значительному изменению электронной структуры нанотрубок и смещению уровня Ферми. Однако несмотря на то, что композиты в целом оказываются практически полностью спин-поляризованными, данный эффект обусловлен присутствием LSMO в составе системы, в то время как различия в заселенности разных спиновых подсистем для нанотрубок практически отсутствуют.

Еще

Углеродные нанотрубки, спиновая поляризация, спинтроника

Короткий адрес: https://sciup.org/148177476

IDR: 148177476

Список литературы Квантово-химическое исследование атомной и электронной структуры интерфейсов LSMO с углеродными нанотрубками различной хиральности

  • Marrows C. H., Hickey B. J. Introduction: New directions in spintronics (2011) Phil. Trans. R. Soc. A, 369, p. 3027-3036. Doi: DOI: 10.1098/rsta.2011.0156
  • Naber W. J. M., Faez S., Wiel W. G. Organic spintronics (2007) J. Phys. D: Appl. Phys., 40, R205. Doi: DOI: 10.1088/0022-3727/40/12/R01
  • Shiraishi M., Ikoma T. Molecular spintronics (2011) Physica E, 43, p. 1295-1317.
  • Tombros N., Jozsa C., Popinciuc M., Jonkman H. T., Wees B. J. Electronic spin transport and spin precession in single graphene layers at room temperature (2007)
  • Nature, 448, p. 571-574. Doi: DOI: 10.1038/nature06037
  • Tsukagoshi K., Alphenaar B.W., Ago, H. Coherent transport of electron spin in a ferromagnetically contacted carbon nanotube (1999) Nature, 401, p. 572-574.
  • Xiong Z. H., Wu D., Vardeny V. Z., Shi J. Giant magnetoresistance in organic spin-valves (2004) Nature, 427, p. 821-824.
  • Petta J. R., Slater S. K., Ralph D. C. Spin-Dependent Transport in Molecular Tunnel Junctions (2004) Phys. Rev. Lett., 93, 136601(4).
  • Sakai S., Yakushiji K., Mitani S., Takanashi K., Naramoto H., Avramov P., Narumi K., Lavrentiev V. Tunnel magnetoresistance in Co nanoparticle/Co-C60 compound hybrid system (2006) Appl. Phys. Lett., 89, 113118(3).
  • Sakai S., Sugai I., Mitani S., Takanashi K., Matsumoto Y., Naramoto H., Avramov P. V., Okayasu S., Maeda Y. Giant tunnel magnetoresistance in co-deposited fullerene-cobalt films in the low bias-voltage regime (2007) Appl. Phys. Lett., 91, 242104(3).
  • Xue J., Sanchez-Yamagishi J., Bulmash D., Jacquod P., Deshpande A., Watanabe K., Taniguchi T., Jarillo-Herrero P., LeRoy B. J. Scanning tunnelling
  • microscopy and spectroscopy of ultra-flat graphene on hexagonal boron nitride (2011) Nature materials, 10, p. 282-285. Doi: DOI: 10.1038/nmat2968
  • Auwärter W., Muntwiler M., Osterwalder J., Greber T. Defect lines and two-domain structure of hexagonal boron nitride films on Ni(111) (2003) Surface Science, 545, p. L735-L740.
  • Jaworski C. M., Yang J., Mack S., Awschalom D. D., Heremans J. P., Myers R. C. Observation of the spin-Seebeck effect in a ferromagnetic semiconductor (2010) Nature Mater., 9, p. 898-903. Doi: DOI: 10.1038/nmat2860
  • Le Breton J.-C., Sharma S., Saito, Yuasa S., Jansen R. Thermal spin current from a ferromagnet to silicon by Seebeck spin tunneling (2011) Nature, 475, p. 82-85. Doi: DOI: 10.1038/nature10224
  • Groot R. A., Mueller F. M., Engen P. G., Buschow K. H. J. New Class of Materials: Half-Metallic Ferromagnets (1983) Phys. Rev. Lett., 50, p. 2024-2027.
  • Park J. H., Vescovo E., Kin H. J., Kwon C., Ramesh R.,Ventakesan T. Direct evidence for a half-metallic ferromagnet (1998) Nature, 392, p. 794-796.
  • Viret M., Nassar J., Drouet M., Contour J. P., Fermon C., Fert A. Spin polarised tunnelling as a probe of half metallic ferromagnetism in mixed-valence manganites (1999) J. Magn. Magn. Mat., 198-199, p. 1-5.
  • Davis A. H., Bussmann K. Organic luminescent devices and magnetoelectronics (2003) J. Appl. Phys., 93, p. 7358-7361. Doi: DOI: 10.1063/1.1540174
  • Li F., Li T., Guo X. Vertical Graphene Spin Valves Based on La2/3Sr1/3MnO3 Electrodes (2014) ACS Appl. Mater. Interfaces, 6, p. 1187-1192. Doi: DOI: 10.1021/am404866r
  • Hueso L. E., Pruneda J. M., Ferrari V., Burnell G., Valdés-Herrera J. P., Simons B. D., Littlewood P. B., Artacho E., Fert A., Mathur N. D. Transformation of spin information into large electrical signals using carbon nanotubes (2007) Nature, 445, p. 410-413. Doi:10.1038/Nature05507.
  • Zheng B., Binggeli N. Influence of the interface atomic structure on the magnetic and electronic properties of La2/3Sr1/3MnO3/SrTiO3(001) heterojunctions (2010) Phys. Rev. B, 82, 245311. Doi:. 245311 DOI: 10.1103/PhysRevB.82
  • Kresse G., Hafner J. Ab initio molecular dynamics for liquid metals (1993) Phys. Rev. B, 47, p. 758.
  • Kresse G., Hafner J. Ab initio molecular-dynamics simulation of the liquid-metal-amorphous-semiconductor transition in germanium (1994) Phys.
  • Rev. B, 49, p. 14251.
  • Kresse G., Furthmüller J. Efficiency of ab-initio total energy calculations for metals and semiconductors using a plane-wave basis set (1996) Comput. Mat. Sci, 6, p. 15.
  • Martin M. C., Shirane G., Endoh Y., Hirota K., Moritomo Y., Tokura Y. Magnetism and structural distortion in the La0.7Sr0.3MnO3 metallic ferromagnet (1996) Phys. Rev. B, 53, p. 4285-14291.
  • Tsui F., Smoak M. C., Nath T. K., Eom C. B. Strain-dependent magnetic phase diagram of epitaxial La0.67Sr0.33MnO3 thin films (2000) Appl. Phys. Lett., 76, pp. 2421-2423. Doi: DOI: 10.1063/1.126363
  • Ma C., Yang Z., Picozzi S. Ab initio electronic and magnetic structure in La0.66Sr0.33MnO3: strain and correlation effects (2006) J. Phys.: Condens. Matter, 18, p. 7717-7728. Doi: DOI: 10.1088/0953-8984/18/32/019
  • Poggini L., Ninova S., Graziosi P., Mannini M., Lanzilotto V., Cortigiani B., Malavolti L., Borgatti F., Bardi U., Totti F., Bergenti I., Dediu V. A., Sessoli R. A Combined Ion Scattering, Photoemission, and DFT Investigation on the Termination Layer of a La0.7Sr0.3MnO3 Spin Injecting Electrode (2014) J. Phys. Chem. C, 118 (25), p 13631-13637. Doi:10.1021/jp5026619.
  • Kuzubov A. A., Kovaleva E. A., Avramov P., Kuklin A. V., Mikhaleva N. S., Tomilin F. N., Sakai S., Entani S., Matsumoto Y., Naramoto H. Contact-induced spin polarization in BNNT(CNT)/TM (TM=Co, Ni) nanocomposites (2014) Journal of Applied Physics, 116, 084309. Doi: DOI: 10.1063/1.4894157
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp