有机小分子/Fe4N(La2/3Sr1/3MnO3)自旋界面的理论研究

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有机材料/磁性材料奇特的界面性质推动着有机自旋电子学器件的发展。在这种界面中,即使单独的有机小分子,如C6H6,也能够实现自旋过滤现象。有机小分子被吸附到磁性材料表面时,如Fe、Co和Mn等磁性单质金属表面,磁性金属表面的空间自旋极化会发生反转。吸附有机小分子导致的空间自旋极化反转对自旋的选择性注入是十分有利的。磁性化合物表面吸附有机分子的自旋界面细节还不清楚。Fe4N和La2/3Sr1/3MnO3都属于高自旋极化的磁性材料,具有较高的居里温度,分别为761和370K。它们优越的性质促进了它们在电极方面的应用。  我们基于密度泛函理论研究了有机小分子与磁性化合物(Fe4N和La2/3Sr1/3MnO3)的自旋界面性质,分析了吸附体系吸附能、空间自旋极化率分布、磁性和电子结构等。本文的研究为有机自旋电子学器件的设计提供了理论基础,尤其是在空间自旋极化注入和反转方面。  三层原子的Fe4N吸附体系中,四种模型被分为两类,其中,FeIIN终端的情况属于吸热吸附,而FeIFeII终端的情况属于放热吸附。FeIIN-C体系中,C6H6使Fe4N表面的空间自旋极化发生强烈的反转;FeIIN-NC体系中,C6H6与Fe原子没有成键;FeIFeII-C体系中,空间自旋极化反转发生在界面处;FeIFeII-NC中,空间自旋极化反转主要来源于N原子的正自旋极化。FeIIN-C和FeIFeII-C体系的空间自旋极化反转主要由p-d杂化引起。C5H5分子吸附在FeIIN终端时,C原子与Fe原子间强烈的p-d杂化导致强烈的空间自旋极化反转。然而SC4H4/Fe4N模型只存在较弱的空间自旋极化反转。  当Fe4N厚度大于等于五个原子层,C6H6下方的两个Fe原子的磁矩会发生反转,在第一层Fe4N原子层中形成反铁磁有序。C6H6分子中心处的空间自旋极化发生反转,并向真空层延伸。  在C6H6/La2/3Sr1/3MnO3体系中,我们考虑了有序掺杂Sr原子和无序掺杂Sr原子的La2/3Sr1/3MnO3结构。对于有序掺杂体系,C6H6的吸附密度也被考虑了。不同终端的吸附体系都属于放热吸附,LaO终端吸附体系的吸附能大于其它体系。MnAO和MnBO终端吸附体系表现出强烈的自旋注入。所有吸附体系中的空间自旋极化能够穿透C6H6分子而保留下来,这与Fe4N的情况不同。
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