Тип публикации: отчёт о НИР
Год издания: 2014
Ключевые слова: Компьютерное моделирование наноматериалов, наноспинтроника, спиновая нанокалоритроника, спин-фотовольтаика
Аннотация: Методами квантовой химии с использованием теории функционала плотности был предложен и исследован ряд структурных элементов многослойных 2D спинтронных, спинкалоритронных и спинфотовольтаических наноустройств на основе h-BN,графена и других низкоразмерных фрагментов. В качестве ферромагнитных подложек для спиновой инжекции в компьюПоказать полностьютерных моделях вуступают пластины полуметаллического полупрозрачного LSMO, силициды переходных металлов, ферромагнитные металлы (Ni, Co).?В ходе выполнения проекта были исследованы:?I.?Атомная и электронная структура нанокомпозитов графена и h-BN с силицидами переходных металлов. Было установлено, что в случае интерфейсов железо-графен и h-BN подложка Fe3Si становится 100% спинполяризованной и приобретает свойства полуметалла. ?II.?Атомная и электронная структура нанокомпозитов h-BN, графена и углеродных нанотруб с LSMO. Взаимодействие CNT(9,0) и CNT(5,5) с LSMO приводит к перераспределению электронной плотности и изменению положения уровня Ферми. Для кресельной CNT(5,5) переход с переносом заряда является спин-поляризованным, что открывает перспективу использования CNT/LSMO нанокомпозитов в спинтронике. Взаимодействие ленты ZBNNR4 с LSMO не приводит к заметной спиновой поляризации h-BN фрагмента. Напротив, взаимодействие графеновых фрагментов с LSMO приводит к их 100% спиновой поляризации, превращая антиферромагнитные ленты и диамагнитный пентацен в спин-поляризованные полуметаллы.?III.?Эффекты спиновой поляризации BN и углеродных нанотруб рядом переходных металлов. Показано, что в случае CNT кофигурации «зигзаг» парциальные плотности состояний на атомах, контактирующих с подложкой, демонстрируют существенную спиновую поляризацию. В то же время, атомы, удаленные от интерфейса являются спин-неполяризованными. Наблюдается существенная анизотропия спиновой поляризации атомов, составляющие нанотрубы в зависимости от из удаления от ферромагнитной подложки. В композитах BNNT/Ni спиновая плотность, совпадающая по знаку со спиновой поляризацией подложки, локализована на атомах азота, а несколько более слабая поляризации с обратным знаком - на атомах бора. Для BNNT/Co наблюдается существенно более сильная поляризация с обратным знаком на атомах В.?IV.?Квантово-химические расчеты электронной структуры и потенциальных барьеров миграции нанокластеров никеля и ванадия на гексагональных решетках h-BN, графена и BC3 продемонстрировали способность графена сорбировать атомы никеля и ванадия с последующим формированием нанокластеров на поверхности. Прямые обменные взаимодействия между Ni(111) и графеном в различных спиновых состояниях кардинальным образом меняют плотность электронных состояний графена и, таким образом, изменяют характеристики критических точек на потенциальной поверхности, что приводит к изменению траектории миграции адатома никеля и возможных путей химических реакций с участием адатомов на графене. Зависимость энергии критических точек потенциальной поверхности миграции адатомов на графене от индуцированного спинового состояния является проявлением эффекта спинового катализа, который может быть использован для контроля за рядом химических реакций. ?V.?Показано, что основным вкладом в сильное взаимодействие графена с поверхностью сапфира являются электростатические взаимодействия пи-системы графена с p_z электронами кислорода, соответствующих оборванным поверхностным связям сапфира. Было также продемонстрировано, что невысокие потенциальные барьеры миграции графена на α-Al2O3(0001) обусловлены электростатическим характером связывания графена на поверхности α-Al2O3(0001).?VI. ?Изучены эффекты спиновой поляризации в низкоразмерных наноструктурах на основе конденсированных металл-порфириновых фрагментов. Все низкоразмерные наноструктуры (0D нанокластеры, 1D нанотрубы и наноленты и 2D нанополотно) на основе железопорфиринов являются либо молекулярными мпгнитами, либо низкоразмерными ферромагнетиками с высокой степенью спиновой поляризации на уровне Ферми. ?