Теоретическое исследование атомной структуры и квантовых свойств металлических наноконтактов и нанопроводов

Цысарь, Ксения Михайловна

Теоретическое исследование атомной структуры и квантовых свойств металлических наноконтактов и нанопроводов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Цысарь, Ксения Михайловна АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2011 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.07 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Теоретическое исследование атомной структуры и квантовых свойств металлических наноконтактов и нанопроводов»

Автореферат диссертации на тему "Теоретическое исследование атомной структуры и квантовых свойств металлических наноконтактов и нанопроводов"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М. В. ЛОМОНОСОВА

ФИЗИЧЕСКИИ ФАКУЛЬТЕТ

сшшу

ЦЫСАРЬ Ксения Михайловна

ЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АТОМНОЙ СТРУКТУРЫ И КВАНТОВЫХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ НАНОКОНТАКТОВ И НАНОПРОВОДОВ

Специальности: 01.04.07 - физика конденсированного состояния 01.04.11 - физика магнитных явлений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

МОСКВА-2011

2 6 МАЙ 2011

4848056

Работа выполнена на кафедре общей физики физического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.

Научные руководители:

доктор физико-математических наук, профессор Салецкий Александр Михайлович

кандидат физико-математических наук, Бажанов Дмитрий Игоревич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Бушуев Владимир Алексеевич

кандидат физико-математических наук, Книжник Андрей Александрович

Ведущая организация:

Центр фотохимии РАН

Защита диссертации состоится "15" июня 2011 года в 15.30 на заседании Диссертационного Совета Д.501.002.01 по специальностям "Физика конденсированного состояния" и "Физика магнитных явлений" при Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119^91, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, МГУ, физический факультет, южная физическая аудитория.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан

мая 2011 года.

Ученый секретарь

Диссертационного Совета Д.501.002.01 кандидат физико-математических наук,

Т.В. Лаптинская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Среди перспективных и инновационных технологий 21 века ведущее место занимают наноэлектроника и её подраздел - спинтроника, в которой наряду с зарядом частиц для физического представления данных используется спин частиц, что позволяет во много раз увеличить плотность записи и передачи информации. Особый интерес представляют одномерные структуры -наноконтакты (НК) и нанопровода (НП), на основе которых возможно формирование высокоэффективных ианосхем с малыми размерами и низким потреблением электроэнергии. Большое внимание уделяется исследованиям металлических НК и НП [1-3], которые могут быть получены даже при комнатных температурах. Переломным моментом в исследовании одномерных структур стало обнаружение в них уникальных физических свойств, таких как иизкоразмерный магнетизм, гигантская магнитная анизотропия, баллистическая квантовая проводимость, баллистическое

магнетосопротивление, которые могут быть использованы в устройствах наноэлектроники. Металлические нанопровода и наноконтакты, обладающие магнитными свойствами, могут быть использованы как устройства спинтроники, как своеобразные спиновые фильтры, пропускающие электроны преимущественно одной спиновой поляризации, так как ток в них может быть спин-поляризованным. Активное исследование спин-поляризованного электронного транспорта началось с экспериментального открытия в 2002 году баллистического магнетосопротивления в наноконтактах [4], которое представляет собой взаимосвязь между магнитными и транспортными свойствами наноструктур. Открытие баллистического магнетосопротивления привело к активному изучению возможностей управления спином атомов в наноконтактах и нанопроводах и, как следствие, их транспортными и магнитными свойствами. Так как многие стабильные при комнатных температурах проводящие наноконтакты являются немагнитными и следовательно, непригодными для применения в устройствах спинтроники, возникает новая область исследований - изучение магнитных и транспортных свойств смешанных наноконтактов и нанопроводов. На сегодняшний день уже возможно создание таких структур. Первой успешной экспериментальной работой по формированию одномерных смешанных наноконтактов стала ^ работа Беттини и др. [5], в которой они получили стабильные при комнатно'й температуре Au-Ag наноконтакты. Для спинтроники наиболее интересным4*

представляется исследование свойств смешанных НК и НП из атомов переходных и благородных металлов (Аи, Р1 и др.), обладающих низкой реакционной способностью, и атомов магнитных элементов (Со, Бе, № и др.). В результате получившиеся структуры могут обладать уникальными физическими свойствами, такими как гигантская магнитная анизотропия, баллистическое магнетосопротивление, при этом обладая высокой структурной устойчивостью к внешним воздействиям различной природы [6,7]. Однако, в процессе формирования наноконтактов и нанопроводов в их структуру могут встраиваться примесные атомы и молекулы, от которых практически невозможно избавиться даже при проведении экспериментов в условиях ультра высокого вакуума. Взаимодействие с примесями может значительно изменять геометрию и атомную структуру наноконтактов и нанопроводов, что впоследствии приводит к значительному изменению их механических и квантовых свойств [2,3]. В связи с этим изучение взаимодействия НК и НП с примесями различной природы является одной из важных задач в физике низкоразмерных систем. Изучение свойств наноконтактов необходимо не только для фундаментальной физики, но и для практического применения. На сегодняшний день уже опубликован ряд научных работ, в которых сообщается о создании и исследовании свойств первых низкоразмерных устройств наноэлектроники и спинтроники на основе одномерных наноконтактов и нанопроводов. В связи с тем, что экспериментальное получение и исследование одномерных структур на сегодняшний день сопряжено с большими затратами и является трудоемким и ресурсоемким процессом, важным становится теоретическое исследование процессов и особенностей формирования наноконтактов и нанопроводов, а также изучение их физических свойств.

Цели и задачи диссертационной работы

Основной целью данной работы является комплексное исследование атомной и электронной структуры, магнитных и механических свойств металлических одномерных наноструктур - наноконтактов и нанопроводов с использованием первопринципных методов вычислений, установление основных особенностей атомной и электронной структуры наноконтактов и нанопроводов при их формировании и росте с образованием устойчивой химической связи, особенностей изменения их свойств в зависимости от геометрии и химического (элементного) состава, с учетом приложенных напряжений (растяжений или сжатий), наличия дефектов, включая примеси различной природы.

В соответствии с заявленной целью были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать особенности межатомного взаимодействия металлических НК и НП на основе ряда 3d-5d металлов (M=Fe, Со, Pd, Au, и др.), состоящих из одного или нескольких элементов, установить роль каждого элемента в структуре смешанного металлического НК или НП;

2. Установить основные факторы электронного взаимодействия ответственные за образование устойчивой химической связи внутри НК или НП в зависимости от их химического (элементного) состава, геометрии структуры;

3. Исследовать атомную структуру и геометрию одно- и двухкомпонентных (смешанных) наноконтактов и нанопроводов;

4. Выявить характерные изменения атомной и электронной структуры, структурной устойчивости смешанных и однокомпонентных НК и НП в присутствии примесных атомов и молекул или при приложении деформации «сжатия-растяжения»;

5. Изучить магнитные свойства НК и НП, их зависимость от атомной структуры, химического (элементного) состава, приложенных деформаций;

6. Изучить влияние магнитных примесей и примесей легких газов (водород) на стабильность, спиновую поляризацию и квантовые транспортные свойства металлических НК и НП;

7. Исследовать анизотропию магнитных свойств однокомпонентных и смешанных нанопроводов, установить основные механизмы, приводящие к появлению в них «гигантской маг нитной анизотропии».

Научная новизна работы

В работе впервые проведены комплексные исследования на основе расчетов из первых принципов атомной структуры и квантовых свойств металлических однокомпонентных и смешанных НК и НП, изучено влияние примесей на их атомную структуру и магнитные свойства, получены следующие новые результаты:

1. Показано, что немагнитный в кристаллическом массиве палладий в одномерных структурах (НК и НП) приобретает магнитные свойства, которые в сильной степени зависят от их геометрии;

2. Установлено, что в присутствии примесей водорода палладиевые наиоконтакты и нанопровода теряют свои магнитные свойства;

3. Показано, что атомы и молекулы водорода стабилизируют палладиевый наноконтакт при больших межатомных расстояниях близких к моменту его разрыва, а также увеличивают его прочность;

4. Обнаружен переход из ферромагнитного в антиферромагнитное состояние в равномерно смешанных Р<1-Ре нанопроводах при наложении деформаций «растяжения-сжатия»;

5. Проведено исследование смешанных металлических нанопроводов на примере системы Со/Аи и показано, что стабильные смешанные Аи-Со нанопровода формируются только при условии равномерного чередования атомов Аи и Со в проводе;

6. Впервые обнаружена «гигантская магнитная анизотропия» (~140 мэВ) в равномерно смешанных Аи-Со нанопроводах и зависимость анизотропных магнитных свойств от геометрии провода.

Достоверность представленных в диссертационной работе результатов подтверждается проверочными численными экспериментами, а также соответствием результатов экспериментальным данным и теоретическим расчетам.

Практическая ценность

Результаты теоретических исследований свойств атомной и электронной структуры, магнитных и транспортных свойств металлических наноконтактов и нанопроводов, образующихся между электродами, проведенных в работе и установленнные механизмы их формирования и роста в зависимости от геометрии и химического состава структуры будут способствовать разработке новых материалов с потенциально важными магнитными, электронными и механическими свойствами. В частности при создании:

• прочных одномерных структур, обладающих необычными управляемыми магнитными свойствами на основе смешанных нанопроводов из атомов благородных (Аи) и переходных (Рс1) металлов и ферромагнитных элементов (Ре,Со);

• Аи-Со нанопроводов с равномерным чередованием атомов золота и кобальта, обладающих высокой стабильностью и устойчивостью к деформациям «растяжения-сжатия»;

• Аи-Со одномерных наноструктур (НК и НП) обладающих гигантской магнитной анизотропией с значениями энергии магнитной анизотропии ~140мэВ и состоящих при этом из нескольких атомов;

• прочных Pd-Fe нанопроводов с равномерным чередованием атомов Fe и Pd в них с управляемыми магнитными свойствами, связанными с переходом из ферромагнитного состояния в антиферромагнитное при растяжении провода.

Положения, выносимые на защиту;

1. Возникновение магнитных свойств палладия при переходе от кристаллического массива к структуре нанопроводов и наноконтактов обусловлено изменением межатомного взаимодействия и электронной структуры. Магнитные свойства палладиевых наноконтактов зависят от их атомной структуры и геометрии.

2. Взаимодействие с атомами и молекулами водорода приводит к стабилизации палладиевых наноконтактов при больших межатомных расстояниях, близких к моменту начала разрыва идеального палладиевого наноконтакта.

3. Формирование проводящих «водородных мостиков» возможно только в растянутых палладиевых наноконтактах

4. Исчезновение магнитных свойств у палладиевых наноконтактов и нанопроводов связано с взаимодействием с примесными атомами и молекулами водорода.

5. Образование прочных магнитных одномерных структур с управляемыми магнитными свойствами возможно в результате смешения в проводе атомов переходных (Pd) и благородных (Аи) металлов с атомами ферромагнитных (Со,Fe) элементов.

6. В смешанных Pd-Fe нанопроводах деформации «растяжения-сжатия» приводят к изменению обменного взаимодействия в структуре провода, которое сопровождается переходом из ферромагнитного состояния в антиферромагнитиое.

7. «Гигантская магнитная анизотропия» обусловлена сильным межатомным взаимодействием в смешанных Аи-Со нанопроводах со значениями энергии магнитной анизотропии (МАЭ) ~140мэВ.

Апробация работы

Вошедшие в диссертацию материалы докладывались и обсуждались на VI национальной конференции «РСНЭ НАНО», (Москва, Россия, 12-17 Ноября 2007), на XIV (Москва, Россия, 8-12 Апреля 2007), XV (Москва, Россия, 8-12 Апреля 2008), XVI (Москва, Россия, 8-12 Апреля 2009) и XVII (Москва,

Россия, 8-12 Апреля 2010) Международных конференциях студентов, аспирантов и молодых учёных по фундаментальным наукам "Ломоносов", на международном симпозиуме Moscow international symposium of magnetism "MISM-2008", (Moscow, Russian Federation, 20-25 June 2008), на VII национальной конференции «Рентгеновское, Синхротронное излучения, Нейтроны и Электроны для исследования наносистем и материалов Нано-Био-Инфо-Когаитивные технологии РСНЭ-НБИК-2009» (Москва, Россия 16-21 Ноября 2009), на международном симпозиуме IV Euro-Asian Symposium "Trends in MAGnetism": Nanospintronics EASTMAG-2010, (Ekaterinburg, Russia, 28 June -2 July 2010), на международной конференции 27-th European Conference on Surface Science (ECOSS-27), (Groningen, Netherlands, 29 August- 3 September, 2010).

Результаты исследований обсуждались на научных семинарах кафедры общей физики физического факультета МГУ.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ-02-01274-а и гранта Фонда Д. Зимина «Династия».

Публикации

По результатам исследований, представленных в диссертации, опубликовано 14 научных работ, список которых приведен в конце автореферата, в том числе 3 статьи в реферируемых журналах из списка, предложенного ВАК.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из общего вводного раздела, трех глав и заключения. В первой главе проводится обзор современного состояний исследований в области физики одномерных структур и сравнение полученных в работе результатов с мировым уровнем. Вторая глава посвящена описанию методики вычислений и модели исследований. В третьей главе представлены все полученные результаты. Список цитируемой литературы включает 124 наименования, общий объем работы составляет 137 страниц текста, включая 60 рисунков и 4 таблицы.

Личный вклад автора

Все изложенные в диссертационной работе оригинальные результаты получены автором лично, либо при его непосредственном участии.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во Введении обоснована актуальность исследуемой проблемы, описано краткое содержание работы по главам.

В Первой главе проведено сопоставление полученных в диссертационной работе результатов с мировым уровнем исследований в области физики одномерных структур, сформулированы цели и задачи работы.

Во Второй главе описан метод теоретического исследования квантовых свойств одномерных структур, используемый в работе, а также описана модель и основные параметры вычислений. Исследование было проведено методом первопринципной молекулярной динамики на основе теории функционала электронной плотности. Самосогласованные расчеты из первых принципов являются очень сильным и точным инструментом в решении задачи определения физико-химических свойств наноструктур. Главное достоинство первопринципных методов исследования заключается в использовании фундаментальных знаний, выраженных в строгой математической формулировке без использования различных подгоночных переменных и параметров. По этой причине результаты таких исследований обладают высокой точностью и достоверностью. Для вычислений была использована программа УАБР, итерационно решающая самосогласованную систему уравнений Кона-Шэма в базисе плоских волн [8]. В вычислениях использовались приближения локальной плотности (ЛП) и обобщенного градиента (ОГ) для потенциала обменно-корелляционного взаимодействия.

В Третьей главе приводятся основные результаты работы и проводится их обсуждение.

В работе проведены теоретические расчеты свойств атомной и электронной структуры Рс1 наноконтактов методом первопринципной молекулярной динамики, которые моделировались в соответствии с экспериментальной работой Матсудьт и Кизуки [1] как трехатомная цепочка палладиевых атомов между двумя Рс1 электродами (001) (Рис.1). В результате

Рис. 1. Модель Ра наноконтакта между палладиевыми электродами.

расчетов было установлено неоднородное распределение длин связи в [ наноконтакте при релаксации и переход палладиевого НК из линейной конфигурации в конфигурацию «зиг-заг» при сжатии электродов. В результате проведенных расчетов зафиксировано появление локальных магнитных моментов у атомов палладия между двумя палладиевыми электродами: ~0.20цв

0.4

0.3

0.2

0.1

наноконгакт в > ■ 1 ■ 1 ■ I лилейная

конфигурации , конфету рация

"зиг-заг" [ У \ наноконтакта

/ з N

\ ;

/ : / 1 / /

1 \

\ I

7 8 9 10 11 12

расстояние между электродами [А]

Рис. 2. Зависимости локальных магнитных моментов от расстояния между электродами палладиевого НК для: центрального атома цепи контакта Рс12 (ОГ приближение) (1), крайних атомов Рс11 и Рс13 (ОГ приближение) (2), центрального атома цепи контакта Рё2 (ЛП приближение) (3).

для крайних атомов Р<11 и Рс13 и ~0.35цв для центрального атома Рс12 в рамках ОГ приближения и ~0.28цв в рамках ЛП приближения. Установлена зависимость величины магнитного момента от расстояния между электродами, геометрии контакта и положения атома в его цепи (Рис. 2). Исследование

(а) (б)

Рис. 3. Положение атомов водорода в цепи Pd НК между двумя (001) поверхностями палладиевых электродов: в сжатом (а) и в растянутом (б) НК.

электронной структуры показало, что появление магнитных свойств обусловлено образованием s-dz2 электронной гибридизации.

В рамках перволринципного подхода проведено теоретическое исследование влияния примесей легких газов (на примере атомарного и молекулярного водорода) на атомную структуру и электронные свойства Pd НК и НП. В качестве примеси выбран водород, так как палладий имеет высокое сродство к водороду и образует с ним гидриды. Расчеты показали, что атомам и молекулам водорода энергетически выгодно встраиваться в структуру палладиевого НП и в цепь палладиевого НК в сравнении с сорбцией водорода в структуру палладиевого электрода, при этом прочность палладиевых проводов и контактов значительно увеличивается. В сжатом НК (расстояние между электродами <10А) атом водорода сорбируется сбоку от цепи (см. Рис. За), в растянутом - непосредственно в цепь НК (Рис. 36). В результате сорбции атомарного водорода в палладиевый НП удельная энергия связи на атом

-8.5А

i растяжение \ наноконтагга /'

увеличивается более, чем на 0.5эВ по сравнению с идеальным палладиевым НП во всем диапазоне межатомных расстояний, соответствующих области существования НП. При сорбции атомарного водорода в структуру НК удельная энергии связи (в пересчете на атом цепи контакта) увеличивается на -0.1 эВ. Расчеты полной энергии системы показали, что сорбция молекулы в цепь контакта является энергетически выгодной, при этом энергия связи атомов Рс1 в цепи контакта также значительно повышается. Кроме того обнаружено, что в процессе сорбции молекулы водорода происходит её диссоциация, зависящая от положения молекулы в цепи НК. Показано, что образование проводящих «водородных мостиков» возможно только в сильно растянутых Р(1 НК с расстоянием между электродами близким к моменту разрыва контакта. В случае сжатия Рс1 НК молекула водорода сорбируется либо рядом с цепью контакта, либо диссоциирует на нем. В результате проведенных расчетов установлено, что при сорбции в цепь НК атомов и молекул водорода увеличивается устойчивость НК к деформациям «растяжения-сжатия», по сравнению с идеальным Рс1 НК, что позволяет объяснить результаты экспериментальных работ [2,3].

Исследование электронной структуры и магнитных свойств палладиевых НП и НК показало, что встраивание атомов и молекул водорода приводит к сильной перестройке электронной структуры контакта. В зонной структуре возникают гибридные зоны, образованные з- состояниями водорода и 5- и <1-состояниями атомов палладия. В результате сильного взаимодействия атомов палладия с атомами водорода, магнитные свойства палладиевых НГ1 и НК значительно ослабевают. При взаимодействии с молекулой водорода Рс1 НК полностью теряет свои магнитные свойства.

В связи с экспериментально установленным существованием стабильных низкоразмерных сплавов палладия и железа [9], в диссертационной работе было проведено исследование возможности смешения Рс1 и Ре в НП. Расчеты проводились на примере двух конфигураций с одинаковым компонентным составом и различным атомным строением (Рис. 4а,б): конфигурации нанопровода с равномерным чередованием атомов палладия и железа Рс1о.5рео.5 (Рис. 4а) и конфигурации, моделирующей возможность агрегации атомов Р<1 и Ре в проводе (образования димеров Р<12 или Рег) - Рс1о.5рео.5*, обозначенной знаком «*» (Рис. 46). Расчеты показали, что во всем диапазоне существования смешанных Рё-Ре НП наибольшей стабильностью обладают равномерно смешанные НП Рс1о.5рео.5 (Рис. 4в). При межатомном расстоянии 2.4 А РсН-е

(а)

2.зА

>х ра<

\2.6 А

р<К2

(б)

.л

0.5

0.0

-0.5

■■■ 1 1 4Ре *

Рс| ^^ \Г-

к Ре Ра та л / \ -

ъ Ре 4 2.3Л 1*1 " Г4З.5А " Рс1?

-1.2

-1.6

-2.4

1 2 3

среднее межатомное расстояние [А]

(в)

Рис. 4. Модель равномерно (а) и неравномерно смешанного (б) нанонровода Рё0.5ре0.5; (в) зависимости удельной энергии (ЕСоЬ) связи атомов в Рс1(,.5Рео.5 нанопроводе (кривая 1) и разница удельной энергии связи (АЕсоь) между атомами в равномерно и неравномерно смешанных проводах (кривая 2) от среднего межатомного расстояния.

провод переходит из линейной конфигурации в конфигурацию «зиг-заг». При этом межатомное расстояние 2.4 А соответствует равновесному расстоянию в линейном Рс1-Ре НП, реализующему минимум полной энергии системы. Сильное сжатие провода до межатомных расстояний <1.3 А переводит его в систему из двух однокомпонентных Рс1 и Бе НП (Рис. 4в). Расчеты удельной энергии связи на атом показали, что равномерно смешанный Рс!-Ре провод является более стабильным, чем однокомпонентные Р<1 и Бе НП в широком

диапазоне межатомных расстояний (1.0 А-3.0 А), причем удельная энергия связи атомов в

3.6-г-,-- - , -,-—г-,-.-гп 0.8

(а)

(б)

1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

межатомное расстояние [А]

0.5-

Щ а

0.0

-0.5

н 2\

Л V Л

1.0 1.5 2.0 2.5

межатомное расстояние [А]

3.0

0.5

0.0 цТ

-0.5

Рис. 5 а) Зависимости величины локальных магнитных моментов атомов Рс1 (кривая 1) и Бе (кривая 2) от межатомного расстояния; б) зависимости разницы локальных магнитных моментов (Дц) атомов Рс1 (кривая 1) и атомов Ре (кривая 2) в смешанном РёозРео.з и однокомпонентных НП Рс1 и Бе, соответственно, от межатомного расстояния; кривая 3 - зависимость разности полной энергии ферромагнитного и антиферромагнитного состояния (ДЕ=ЕФМ-ЕЛФМ) от межатомного расстояния для равномерно смешанного р^) 5ре() 5 НП.

смешанном проводе более, чем на О.бэВ превосходит энергию связи атомов в идеальном палладиевом НП по абсолютной величине, и на 0.1 эВ превосходит энергию связи атомов в одномерном железном НП. Данный результат является исключительно важным, так как показывает возможность формирования смешанных НГ1, стабильных даже при комнатных температурах и устойчивых к деформациям «растяжения-сжатия».

В настоящее время известно, что низкоразмерные сплавы переходных и

благородных металлов с атомами ферромагнитных элементов могут проявлять уникальные магнитные свойства [10], поэтому в диссертационной работе проведено детальное исследование свойств электронной структуры и магнитных свойств наиболее стабильного равномерно смешанного Рс1-Ре ПЛ. Установлено, что провод в Рс1о.5рео.5 является магнитным, при этом магнитные свойства смешанного Рс1-Ре НП зависят ог его геометрии (Рис.5, кривые 1 и 2).

В результате проведенных расчетов в работе впервые было обнаружено, что деформации «растяжения-сжатия» вызывают переход равномерно смешанного Рс1-Ре НП из ферромагнитного состояния в антиферромагнитное при межатомном расстоянии 2.4 А. Таким образом было показано, что линейные смешанные Рс1-Ре НП становятся антиферромагнитными при растяжении (Рис 5, кривая 3). Антиферромагнитное состояние стабилизируется косвенным обменным взаимодействием между атомами железа за счет образования гибридных энергетических зон между атомами железа и палладия в проводе.

В связи с тем, что в работе было установлено появление в смешанных Рс1-Ре НП необычных магнитных свойств, было проведено исследование возможности смешения в одномерных проводах Аи и Со. Проведен анализ свойств атомной структуры смешанных Аи-Со НП, который показал, что при больших межатомных расстояниях (2.6 А-3.2 А) растянутые смешанные Аи-Со провода формируются при условии равномерного чередования атомов золота и кобальта в них (конфигурация Аио.5Соо.5), являясь более стабильными по сравнению с идеальным золотым НП. Удельная энергия связи Аи0.5Соо.5, на 0.5 эВ выше, чем у идеального Аи НП для всего диапазона существования равномерно смешанного НГ1 Аио.гСов. (1.6 А- 3.2 А).

В результате сжатия Аи-Со НП энергетически выгодной становится димеризация атомов кобальта (конфигурация Аи0.5Со0.5*). Однако, неравномерно смешанный провод является нестабильным к деформациям растяжения и существует только в узком диапазоне межатомных расстояний (1.8 А-2.6 А). При сильном сжатии любой смешанный провод переходит в систему двух параллельных однокомпонентных Аи и Со НП, смещенных друг относительно друга.

Исследование электронной структуры смешанных Аи-Со НП было проведено для нескольких конфигураций, отличающихся атомным строением и компонентным составом (Рис. 6а). Исследование показало, что Аи-Со НП обладают магнитными свойствами, которые в значительной степени зависят от геометрии провода и от его компонентного состава (Рис. 66). При уменьшении

относительного количества атомов кобальта в проводе Аи2/зСО]/з нами было обнаружено увеличение значений локальных магнитных моментов у атомов кобальта до 2.5рв (Рис. 66, кривая 3). Было установлено, что при сжатии провода до межатомных расстояний меньших 2.4А и переходе его из линейной конфигурации в конфигурацию «зиг-заг», магнитные свойства значительно уменьшаются.

8 Со

А110.5С00.5 Аио.5Соо.5* АиздСош АишСо2/з

(а)

2.5

а о 2.4

^ о а

о 2.3-

•3 л

§ § 2.2

в и 5

<а а 2.1 -

2.0-

' /Ч' 1

/ Л 1 .

2 / чА

/ /

а -

2.0

2.5

3.0

3.5

среднее межатомное расстояние [А]

(б)

Рис. 6. а) Конфигурации смешанных Аи-Со НГТ; б)Зависимости величины локальных магнитных моментов атомов кобальта от межатомного расстояния

для равномерно смешанного провода Аио.5Соо.5 (кривая 1), неравномерно смешанного провода Аи0 5Соо 5* (кривая 2), проводов с различным процентным содержанием атомов кобальта и золота А112/3С01/3 и А1Ц/3С02/3 (кривые 3 и 4

соответственно).

В результате проведенного исследования магнитных свойств равномерно

смешанного Аи-Со НП зафиксировано появление «гигантской магнитной анизотропии» (энергия магнитной анизотропии -140 мэВ на атом Со в проводе) с направлением оси легкого намагничения перпендикулярной оси НП (Рис.7). В работе было установлено, что анизотропия магнитных свойств НП в сильной степени зависит от его атомной структуры и изменяется при приложении деформаций «растяжения-сжатия».

межатомное расстояние [А]

Рис.7. Зависимости величины полной энергии равномерно смешанного НП Auo 5С00.5 от среднего межатомного расстоянии без учета спин-орбитального взаимодействия Е (кривая 1) и с учетом спин-орбитального взаимодействия Etl

(кривая 2) и Ei- (кривая 3).

В работе было изучено влияние деформаций «растяжения-сжатия» на величину спинового и орбитального магнитных моментов атомов кобальта в равномерно смешанном проводе Аи0 5Соо.5 для двух возможных направлений оси намагничения: вдоль (II) и поперек (-1-) оси НП. Значения спинового магнитного момента для двух направлений оси намагничения совпадают и составляют величину 2.32цв. Расчет магнитных свойств смешанных проводов показал, что величина спинового магнитного момента практически не изменяется при сжатии или растяжении провода в диапазоне межатомных расстояний (2.5А - 2.8А). При переходе НП в конфигурацию «зиг-заг» значения спинового магнитного момента резко уменьшаются (Рис. 8а). Поведение орбитального магнитного момента атомов Со сильно различается для двух направлений оси намагничения (II) и (-1-). В случае совпадении оси намагничения с осью провода орбитальный магнитный момент ((.i'V) ведет себя аналогично спиновому (Рис. 86). Для провода с линейной геометрией значение

не изменяется при сжатии или растяжении провода в диапазоне межатомных расстояний (2.5А - 2.8А) и составляет величину ~2.0цв. При сжатии провода до межатомных расстояний меньших 2.5А и переходе его в конфигурацию «зиг-заг» орбитальный магнитный момент начинает уменьшаться до значения 1.0цв. В случае перпендикулярного расположения оси намагничения поведение орбитального магнитного момента сильно изменяется (Рис. 86). В сжатом проводе значения орбитального магнитного момента (0.2(.1в) практически не изменяются при его растяжении или сжатии (2.3А -2.6А), по абсолютной величине они более, чем в десять раз меньше значений спинового момента (Рис. 86). Однако, при переходе провода в конфигурацию «зиг-заг» у атомов Со появляется ^-составляющая орбитального магнитного момента рЛ.у, со значениями порядка ~0.6цв. Спин-орбитальное взаимодействие приводит к увеличение полного магнитного момента атомов кобальта до 3.0цв для случая аксиальной намагниченности провода по сравнению со значениями магнитных моментов атомов кобальта в проводе без учета спин-орбитального взаимодействия ~2.32|лв.

2.4

2.3

02 ^ 2.2

2.1

2.0

1! •"s

-Л—<sf у метастабилыюе ¿А ^ состояние р,"1

■ - - lXA ¥ , -J- щ А—Л—А-А—¿с-¿А—-А—А

2.4

1.6.

ю i

0.8

0.0

2.4 2.6 2.8 2.4 2.6 2.8

межатомное расстояние [А] межатомное расстояние [Д] (а) (б)

Рис. 8. Зависимость величины спинового магнитного момента (fis) (а) и орбитального магнитного момента (ць) (б) от среднего межатомного расстояния в равномерно смешанном проводе AU0.5C00.5 для двух направлений оси намагничения (II) и (-*-) относительно оси нанопровода.

В Заключении сформулированы основные результаты и выводы работы:

1. Теоретически исследованы структурные и электронные свойства наиоконтактов Рс1 между двумя (001) поверхностями палладиевых

электродов. Зафиксировано возникновение магнитных свойств у ггалладиевых наноконтактов и нанопроводов, обусловленное яс! электронной гибридизацией. Получена зависимость величины магнитного момента от расстояния между электродами и от геометрии наноконтакта.

2. Установлено, что при сжатии электродов Рс1 наноконтакт переходит из линейной конфигурации в конфигурацию «зиг-заг» с потерей магнитных свойств.

3. Изучено взаимодействие примесного атомарного и молекулярного водорода с палладиевыми наноконтактами. Установлено, что адсорбция атомов и молекул водорода в цепь наноконтакта приводит к увеличению удельной энергии связи между атомами палладия, и как следствие - к повышению его устойчивости к деформациям «растяжения-сжатия». Обнаружена диссоциация молекулы водорода на цепи наноконтакта палладия, обусловленная сильным взаимодействием л- и с1- орбиталей палладия и орбиталей атомов водорода.

4. Показано, что встраивание атомов и молекул водорода в цепь контакта приводит к его стабилизации на больших межатомных расстояниях, близких к моменту разрыва наноконтакта в вакууме. Объяснено явление стабилизации наноконтактов в водородной атмосфере, обнаруженное в ряде экспериментальных работ.

5. Показано, что наличие примесных атомов и молекул водорода в палладиевых наноконтактах приводит к потере их магнитных свойств.

6. Изучено смешение атомов благородных и переходных металлов с атомами ферромагнитных элементов в нанопроводах и наноконтактах. Установлено, что смешение приводит к образованию прочных одномерных наноструктур, обладающих магнитными свойствами.

7. Впервые обнаружено изменение магнитного упорядочения в смешанных РсЬИе нанопроводах под действием деформаций. Показано, что при растяжении Рё-Бе провод переходит из ферромагнитного б антиферромагнитное состояние.

8. Проведено исследование свойств атомной и электронной структуры равномерно и неравномерно смешанных Аи-Со нанопроводов, Обнаружено образование димеров Сог в проводе, приводящее к раннему разрыву провода между атомами золота при его растяжении. Впервые установлено, что растянутые Аи-Со нанопровода формируются только при условии равномерного чередования в них атомов золота и кобальта.

9. Показано, что смешение Аи и Со в нанопроводах приводит к появлению в них «гигантской магнитной анизотропии» со значениями энергии магнитной анизотропии ~140мэВ, сопоставимой с экспериментально установленными значениями для слоистых структур и тонких пленок.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

l.Smelova (Tsysar) К.М., Bazhanov D.I., Stepanyuk V.S., Hergert W., Saletsky A.M., Bruno P. «Interplay between magnetism and structure in atomic-size Pd contacts: Ab initio studies», Physical Review В 77 033408 (2008)

2.Цысарь K.M., Бажанов Д.И., Салецкий A.M., Степашок B.C., Хергерт В. «Влияние примесных атомов и молекул водорода на атомную структуру палладиевых наноконтактов», Физика твердого тела 52 3 593 (2010)

3.Смелова Е.М., Цысарь К.М., Бажанов Д.И., Салецкий A.M. «Теоретическое исследование методом первопринципной молекулярной динамики свойств атомной и электронной структуры смешанных проводов Аи и Со» Письма в Журнал Экспериментальной и Теоретической Физики 93 3 (2011)

4.Смелова (Цысарь) К.М., Бажанов Д.И., Степашок B.C., Салецкий A.M., Хергерт В., «Исследование магнитных свойств палладиевых наноконтактов методом первопринципной молекулярной динамики», VI национальная конференция по применению Рентгеновского, Синхротронного излучений, Нейтронов и Электронов для исследования материалов «РСНЭ-2007», тезисы докладов, 456, (2007)

5.Смелова (Цысарь) К.М., «Изучение свойств палладиевых наноконтактов "// Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов-2008» Секция «Круглый стол "Россия - Германия: молодежный взгляд"» сборник тезисов, 7-9, (2008)

6. Smclova (Tsysar) К.М., Bazhanov D.I., Stepanyuk V.S., Hergert W., Saletsky

A.M., Bruno P., «The influence of the hydrogen impurities on the magnetic properties and atomic structure of palladium nanocontacts» Moscow international symposium of magnetism "MISM-2008", Book of abstracts, 47348, (2008,)

7.Смелова (Цысарь) K.M., «Исследование магнитных свойств палладиевых наноконтактов методом первопринципной молекулярной динамики» Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов-2007» Секция «Физика» сборник тезисов. Физический факультет МГУ, 266-268, (2007).

8.Смелова (Цысарь) К.М. (Цысарь), «Теоретическое исследование взаимосвязи между магнитными свойствами и атомной структурой в Pd ианоконтактах» Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов-2008» Секция «Физика» сборник тезисов. Физический факультет МГУ, 335-337, (2008).

9.Смелова Е.М., Цысарь К.М, «Исследование свойств атомной и электронной структуры золотых нанопроводов методом первопринципой молекулярной динамики» Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов-2009» Секция «Физика» сборник тезисов. Физический факультет МГУ, 288-289, (2009).

10. Цысарь К. М., Бажанов Д.И., Салецкий A.M., Стенашок В.С, «Влияние водорода на атомную структуру и электронные свойства нанопроводов и наноконтактов палладия». VII национальная конференция «Рентгеновское, Синхротронное излучения, Нейтроны и Электроны для исследования наносистем и материалов Нано-Био-Инфо-Когнитивные технологии РСНЭ-НБИК-2009», 420, (2009).

11. Смелова Е.М., Цысарь К.М., Бажанов Д.И., Салецкий A.M., «Исследование свойств атомной и электронной структуры золотых наноконтактов из первых принципов». VII национальная конференция «Рентгеновское, Синхротронное излучения, Нейтроны и Электроны для исследования наносистем и материалов Нано-Био-Инфо-Когнитивные технологии РСНЭ-НБИК-2009», 521, (2009).

12. Смелова Е.М., Цысарь К.М. «Влияние примесей кобальта (Со) на атомную структуру и квантовые свойства золотых нанопроводов» Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов-2010» Секция «Физика» сборник тезисов. Том 2. Физический факультет МГУ, 262-263, (2010).

13. Tsysar К.М., Bazhanov D.I., Stepanyuk V.S., Hergert W., Saletsky A.M., «Iinfluence of hydrogen impurities on atomic STRUCTURE and MAGNETIC PROPERTIES of palladium nanowires», IV Euro-Asian Symposium "Trends in MAGnetism" Nanospintronics "EASTMAG-2010", 45, (2010).

14. Tsysar K.M., Saletsky A.M., Stepanyuk V., Hergert W., Bazhanov D.I, «The Influence of Hydrogen Impurities on atomic structure and magnetic properties of palladium nanocontacts», Proceedings of the European Conference on Surface Science (ECOSS 27), Groningen, Netherlands, p. 243, (2010).

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1 Matsuda T., Kizuka T., Palladium wires of single atom width as mechanically controlled switching devices, Jpn. J. Appl. Phys., 45, 1337 (2006).

2 Kiguchi M., Murakoshi K., Fabrication of stable Pd nanowire assisted by hydrogen in solution, Appl. Phys. Lett., 88,253112 (2006).

3 Csonka Sz., Halbritter A., Mihaly G., Conductance of Pd-II nanojunctions, Phys. Rev. Lett, 93, 016802, (2004).

4 Chopra H. D., Hua S. Z., Ballistic magnetoresistance over 3000% in Ni nanocontacts at room temperature, Phys. Rev. B, 66, 020403(R) (2002).

5 Bettini J., Sato F., Coura P.Z., Danatas S.O., Galvao D.S., Ugarte D., Experimental realization of suspended atomic chains composed of different atomic species, Nature Nanotecnology, 1, 182(2006).

6 Egle St., Bacca C\, Pernau H.- F., Hucfner ML, Hinzke D., Nowak U., Scheer E., Magnetoresistance of atomic - size contacts realized with mechanically controllable break junctions, Phys. Rev. B, 81, 134402 (2010).

7 Miura Y., Mazzarcllo R., Dal Corso A., Smogunov A., Tosatti E., Monatomic Au wire with a magnetic Ni impurity: Electronic structure and ballistic conductance Phys. Rev. B, 78, 205412 (2008).

8. Kresse G., Furthmuller J., Efficient iterative schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis set, Phys. Rev. B, 54, 11169 (1996).

9. Wang X., ChenC., LiuH., Ma J., Preparation and characterization of PAA/PVDF membrane - immobilized Pd/Fe nanoparticles for dechlorination of trichloroacetic acid, Water Research, 42 (18), 4656 (2008).

10. Heitsch A. T., Lee D. C. and Korgel B. A., AntifeiTomagnetic Single Domain L12FePt3 Nanocrystals, J. Phys. Chem. C 114 (6), 2512-2518 (2010); M. E. Gruner, Antiferromagnetism and segregation in cuboctahedral FePt nanoparticles, J. Phys. D: Appl. Phys. 41, 134015 (2008).

Подписано к печати ; Тираж Í00 Заказ $7 ,

Отпечатано в отделе оперативной печати физического факультета МГУ

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Цысарь, Ксения Михайловна

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 Современное состояние исследований квантовых свойств одномерных структур. $> 1.1 Методы получения одномерных однокомпоненптых и смешанных наноструктур — наноконтактов и нанопроводов.

§ 1.2 Квантовые свойства однокомпоненптых наноконтактов и нанопроводов.

1.2.1 Теоретическое и экспериментальное исследование магнитных свойств низкоразмерных структур.

1.2.2 Магнетизм в одномерных структурах.

1.2.3 Гигантская магнитная анизотропия.

1.2.4 Теоретическое и экспериментальное исследование квантового баллистического электронного транспорта через одномерные наноструктуры.

1.2.5 Проводимость магнитных наноконтактов и нанопроводов, спин-поляризованнын электронный транспорт.

1.2.6 Баллистическое магнетосонротнвление. 1.3 Теоретическое и экспериментальное исследование квантовых свойств смешанных наноконтактов и нанопроводов.

§ 1.4 Влияние примесей легких газов на квантовые свойства и атомную структуру наноконтактов и нанопроводов.

Глава 2 Модель и метод исследования.

§2.1 Теория функционала электронной плотности.

§ 2.2 Приближение обменно- корреляционного взаимодействия.

2.2.1 Приближение локальной плотности (1Л)А).

2.2.2 Обобщенное градиентное приближение (ввА). $> 2.3 Самосогласованная система уравнений Кона-Шэма.

§ 2.4 Расчет сил методом первопринципной молекулярной динамики.

§2.5 Решение системы уравнений Кона-Шэма в базисе плоских волн (УАБР).

§2.6 Расчет магнитных свойств.

§2.7 Метод псевдопотенциалов.

2.7.1 Критерии выбора псевдонотенциала.

2.7.2 «Переносимость» псевдопотенциала.

2.7.3 Различные виды псевдопотенциалов.

2.7.4 Ультрамягкий псевдопотенциал Вандербильта.

§2.8 Ран>-метод.

§2.9 Модель и параметры вычислений.

Глава 3 Результаты и их обсуждение. $ 3.1 Атомная структура и квантовые свойства Р<1 нанопроводов.

3.1.1 Исследование атомной структуры Рс1 нанопроводов.

3.1.2 Исследование электронной структуры и магнитных свойств Рс1 нанопроводов. 73 £ 3.2 Атомная структура и квантовые свойства Рс1 наноконтактов.

3.2.1 Исследование атомной структуры Рс1 наноконтактов.

3.2.2 Исследование электронной структуры и магнитных свойств Рс1 наноконтактов81 £ 3.3 Атомная структура и квантовые свойства смешанных Рс1-Ре нанопроводов.

3.3.1 Переход смешанных Р(1-Ре нанопроводов из ферромагнитного состояния в антиферромагнитное. 3.4 Исследование атомной структуры и квантовых свойств смешанных Аи-Со нанопроводов.

3.4.1 Магнитная анизотропия смешанных АиСо нанопроводов и наноконтактов

§3.5 Влияние примесей легких газов (Н, Н2) на атомную структуру и квантовые свойства Р(1 наноконтактов и нанопроводов.

3.5.1 Влияние примесных атомов и молекул водорода на атомную структуру и прочность наноконтактов и нанопроводов палладия.

3.5.2 Влияние примесных атомов и молекул водорода на магнитные свойства нанопроводов и наноконтактов палладия.

Введение диссертация по физике, на тему "Теоретическое исследование атомной структуры и квантовых свойств металлических наноконтактов и нанопроводов"

Среди перспективных и инновационных технологий 21 века ведущее место занимают наноэлектроника и её подраздел — спинтроника, в которой наряду с зарядом частиц для физического представления данных используется спин частиц, что позволяет во много раз увеличить плотность записи и передачи информации. Особый интерес представляют одномерные структуры — наноконтакты (НК) и нанопровода (НП), на основе которых возможно формирование высокоэффективных наносхем с малыми размерами и низким потреблением электроэнергии. Большое внимание уделяется исследованиям металлических НК и НП [1-4], которые могут быть получены даже при комнатных температурах. Переломным моментом в исследовании одномерных структур стало обнаружение в них уникальных физических свойств, таких как низкоразмерный магнетизм, гигантская магнитная анизотропия, баллистическая квантовая проводимость, баллистическое магнетосопротивление, которые могут быть использованы в устройствах наноэлектроники. Металлические нанопровода и наноконтакты, обладающие магнитными свойствами, могут быть использованы как устройства спинтроники как своеобразные спиновые фильтры, пропускающие электроны преимущественно одной спиновой поляризации, так как ток в них может быть спин-поляризованным. Активное исследование спин-поляризованного электронного транспорта началось с экспериментального открытия в 2002 году баллистического магнетосопротивления в наноконтактах [6], которое представляет собой взаимосвязь между магнитными и транспортными свойствами наноструктур. Открытие баллистического магнетосопротивления привело к активному изучению возможностей управления спином атомов в наноконтактах и нанопроводах и как следствие их транспортными и магнитными свойствами. Так как многие стабильные при комнатных температурах проводящие наноконтакты являются немагнитными, и следовательно, непригодными для применения в устройствах спинтроники, возникает новая область исследований — изучение магнитных и транспортных свойств смешанных наноконтактов и нанопроводов. На сегодняшний день уже возможно создание таких структур. Первой успешной экспериментальной работой по формированию одномерных смешанных наноконтактов стала работа Беттини и др. [7], в которой они получили стабильные при комнатной температуре Аи-Ад наноконтакты. Для спинтроники наиболее интересным представляется исследование свойств смешанных НК и НП из атомов переходных и благородных металлов (Аи, Р1 и др.), обладающих низкой реакционной способностью, и атомов магнитных элементов (Со, Ре, М и др.). В результате получившиеся структуры могут обладать уникальными физическими свойствами, такими как гигантская магнитная анизотропия, баллистическое магнетосопротивление, при этом обладая высокой структурной устойчивостью к внешним воздействиям различной природы. Однако, в процессе формирования наноконтактов и нанопроводов в их структуру могут встраиваться примесные атомы и молекулы, от которых практически невозможно избавиться даже при проведении экспериментов в условиях ультра высокого вакуума. Взаимодействие с примесями может значительно изменять геометрию и атомную структуру наноконтактов и нанопроводов, что впоследствии приводит к значительному изменению их механических и квантовых свойств [3,5]. В связи с этим изучение взаимодействия НК и НП с примесями различной природы является одной из важных задач в физике низкоразмерных систем. Изучение свойств наноконтактов необходимо не только для фундаментальной физики, но и для практического применения. На сегодняшний день уже опубликован ряд научных работ, в которых сообщается о создании и исследовании свойств первых низкоразмерных устройств наноэлектроники и спинтроники на основе одномерных наноконтактов и нанопроводов. В связи с тем, что экспериментальное получение и исследование одномерных структур на сегодняшний день сопряжено с большими затратами и является трудоемким и ресурсоемким процессом, важным становится теоретическое исследование процессов и особенностей формирования наноконтактов и нанопроводов, а также изучение их физических свойств.

Цели и задачи диссертационной работы

Основной целью данной работы является комплексное исследование атомной и электронной структуры, магнитных и механических свойств металлических одномерных наноструктур - наноконтактов и нанопроводов с использованием первопринципных методов вычислений. Проводится установление основных особенностей атомной и электронной структуры наноконтактов и нанопроводов при их формировании и росте с образованием устойчивой химической связи, особенностей изменения их свойств в зависимости от геометрии и химического (элементного) состава структуры с учетом приложенных напряжений (растяжений или сжатий), наличия дефектов, включая примеси различной природы. Основное внимание уделено исследованию чистых (однокомпонентных) и смешанных (многокомпонентных) металлических наноконтактов и нанопроводов, образованных из одного или нескольких благородных или переходных Зй-5(1 металлов.

В соответствии с заявленной целью были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать особенности межатомного взаимодействия металлических НК и НП на основе ряда Зс1-5с1 металлов (М-Гс, Со, Рс1, Аи, и др.), состоящих из одного или нескольких элементов, установить роль каждого элемента в структуре смешанного металлического НК или НП;

3. Исследовать атомную структуру и геометрию одно- и двухкомпонентных наноконтактов и нанопроводов;

Научная новизна работы

2. Установлено, что в присутствии примесей водорода палладиевые наноконтакты и нанопровода теряют свои магнитные свойства;

4. Обнаружен переход из ферромагнитного в антиферромагнитное состояние в равномерно смешанных Рс1-Ре нанопроводах при наложении деформаций «растяжения-сжатия »;

5. Проведено исследование смешанных металлических панопроводов на примере системы Со/Аи и показано, что стабильные смешанные Аи-Со нанопровода формируются только при условии равномерного чередования атомов Ли и Со в проводе;

6. Впервые обнаружена «гигантская магнитная анизотропия» (—140 мэВ) в равномерно смешанных Аи-Со нанопроводах и зависимость анизотропных магнитных свойств от геометрии провода.

Практическая ценность

Результаты теоретических исследований свойств атомной и электронной структуры, магнитных и транспортных свойств металлических наноконтактов и нанопроводов, образующихся между электродами, проведенных в работе и установленные механизмы их формирования и роста в зависимости от геометрии и химического состава структуры будут способствовать разработке новых материалов с потенциально важными магнитными, электронными и механическими свойствами. В частности в создании:

1. прочных одномерных структур, обладающих необычными управляемыми магнитными свойствами на основе смешанных нанопроводов из атомов благородных и переходных металлов и ферромагнитных элементов;

2. Аи-Со нанопроводов с равномерным чередованием атомов золота и кобальта, обладающих высокой стабильностью и устойчивостью к деформациям «растяжения-сжатия»;

3. Аи/Со структур (НК и НП) обладающих гигантской магнитной анизотропией с значениями энергии магнитной анизотропии ~140мэВ и состоящих при этом из нескольких атомов;

4. прочных Рс1-Ре нанопроводов с управляемыми магнитными свойствами, связанными с переходом из ферромагнитного состояния в антиферромагнитное при растяжении или сжатии провода.

Положения, выносимые на защиту:

2. Взаимодействие с атомами и молекулами водорода приводит к стабилизации палладиевых наноконтактов при больших межатомных расстояниях близких к моменту начала разрыва идеального палладиевого наноконтакта.

3. Формирование проводящих «водородных мостиков» возможно только в растянутых палладиевых наноконтактах

5. Образование прочных магнитных одномерных структур с управляемыми магнитными свойствами возможно в результате смешения в проводе атомов переходных (Рс1) и благородных (Аи) металлов с атомами ферромагнитных (Со,Ре) элементов.

6. В смешанных Рс1-Ре нанопроводах деформации «растяжения-сжатия» приводят к изменению обменного взаимодействия в структуре провода, которое сопровождается переходом из ферромагнитного состояния в антиферромагнитное.

7. «Гигантская магнитная анизотропия» обусловлена сильным межатомным взаимодействием в смешанных Au-Co нанопроводах со значениями энергии магнитной анизотропии (МАЭ) ~140мэВ.

Апробация работы

Вошедшие в диссертацию материалы докладывались и обсуждались на VI национальной конференции «РСНЭ НАНО», (Москва (Россия), 12-17 Ноября 2007), на XIV (Москва, Россия, 8-12 Апреля 2007), XV (Москва, Россия, 8-12 Апреля 2008), XVI (Москва, Россия, 8-12 Апреля 2009) и XVII (Москва, Россия, 8-12 Апреля 2010) Международных конференциях студентов, аспирантов и молодых учёных по фундаментальным наукам "Ломоносов", на международном симпозиуме Moscow international symposium of magnetism "MISM-2008", (Moscow (Russian Federation), 20-25 June 2008), на VII национальной конференции «Рентгеновское, Синхротронное излучения, Нейтроны и Электроны для исследования наносистем и материалов Нано-Био-Инфо-Когнитивные технологии РСНЭ-НБИК-2009» (Москва (Россия) 16-21 Ноября 2009), на международном симпозиуме IV Euro-Asian Symposium "Trends in MAGnetism": Nanospintronics EASTMAG-2010, (Ekaterinburg (Russia), 28 June -2 July 2010), на международной конференции 27-th European Conference on Surface Science (ECOSS-27), (Groningen (Netherlands), 29 August- 3 September, 2010).

Результаты исследований обсуждались на научных семинарах кафедры общей физики физического факультета МГУ.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ-02-01274-а и гранта Фонда Д. Зимина «Династия».

Публикации

По результатам исследований, представленных в диссертации, опубликовано 15 научных работ, список которых приведен в конце автореферата, в том числе 3 статьи и 1 в печати в реферируемых журналах из списка предложенного ВАК.

Личный вклад автора

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из общего вводного раздела, трех глав и заключения. Во Введении обоснована актуальность исследуемой проблемы, описано краткое содержание работы по главам:

В первой главе представлен обзор экспериментальных и теоретических работ по тематике представленной работы. Изложено современное состояние исследования квантовых свойств одномерных структур.

Во второй главе представлена модель и метод исследования.

В третьей главе изложены основные результаты и их обсуждение.

В конце работы заключение и основные выводы.

Список цитируемой литературы включает 124 наименования, общий объем работы составляет 137 страниц текста, включая 60 рисунков и 4 таблицы.

В диссертации принята сквозная нумерация формул и рисунков. Обращение к формулам осуществляется в виде (2), что означает нахождение данной формулы в работе под номером 2. Аналогично производится нумерация рисунков.

Заключение диссертации по теме "Физика конденсированного состояния"

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Теоретически исследованы структурные и электронные свойства наноконтактов Рс1 между двумя (001) поверхностями палладиевых электродов. Зафиксировано возникновение магнитных свойств у палладиевых наноконтактов и нанопроводов, обусловленное хс! электронной гибридизацией. Получена зависимость величины магнитного момента от расстояния между электродами и от геометрии наноконтакта.

3. Изучено взаимодействие примесного атомарного и молекулярного водорода с палладиевыми наноконтактами. Установлено, что адсорбция атомов и молекул водорода в цепь наноконтакта приводит к увеличению удельной энергии связи между атомами палладия, и как следствие - к повышению его устойчивости к деформациям «растяжения-сжатия». Обнаружена диссоциация молекулы водорода на цепи наноконтакта палладия, обусловленная сильным взаимодействием и ¿/- орбиталей палладия и л- орбиталей атомов водорода.

7. Впервые обнаружено изменение магнитного упорядочения в смешанных Рс1-Ре нанопроводах под действием деформаций. Показано, что при растяжении или сжатии Рс1-Ре провод переходит из ферромагнитного в антиферромагнитное состояние.

8. Проведено исследование свойств атомной и электронной структуры равномерно и неравномерно смешанных Аи-Со нанопроводов. Обнаружено образование димеров С02 в проводе, приводящее к раннему разрыву провода между атомами золота при его растяжении. Впервые установлено, что растянутые Аи-Со нанопровода формируются только при условии равномерного чередования в них атомов золота и кобальта.

9. Показано, что смешение Аи и Со в нанопроводах приводит к появлению в них «гигантской магнитной анизотропии» со значениями энергии магнитной анизотропии ~140мэВ, сравнимой с экспериментально установленными значениями для слоистых структур и тонких пленок.

БЛАГОДАРНОСТИ

В первую очередь я бы хотела поблагодарить своих научных руководителей, Салецкого Александра Михайловича и Бажанова Дмитрия Игоревича за неоценимую помощь в осуществлении моей научной деятельности, за грамотное руководство и поддержку. Я хотела бы искренне поблагодарить доцента кафедры общей физики Миронову Галину Александровну за помощь в написании диссертации, в осуществлении моей научной деятельности, за ценные советы и рекомендации, которые она давала мне во время обучения на кафедре и подготовки моей научной работы. В процессе моей работы над диссертацией важную роль сыграла благоприятная атмосфера, созданная и поддерживаемая коллективом нашей лаборатории, в который входят ассистенты Клавсюк Андрей Леонидович, Колесников Сергей Владимирович, младший научный сотрудник кафедры Степанюк Олег Валериевич и моя сестра вед. инженер кафедры общей физики Смелова Екатерина Михайловна. Все они помогали ценными советами, участвовали в обсуждении результатов и оказывали поддержку при решении возникающих проблем.

Отедельная благодарность моей сестре вед. инженеру кафедры общей физики Смеловой Екатерине Михайловне, которая помогала в проведении некоторых теоретических расчетов, вошедших в материалы диссертации. Большую помощь в работе при подготовке статей и в обсуждении результатов оказали сотрудники института Макса Планка Физики Микроструктур в Халле, их поддержка и отзывчивость существенно помогали в подготовке диссертации. Особо хотелось бы поблагодарить профессора института Макса Планка Степанюка Валерия Станиславовича, за постоянную поддержку и консультации во время работы над диссертацией.

В заключение я бы хотела поблагодарить всех сотрудников кафедры общей физики физического факультета за поддержку и отзывчивость как в научных, так и в повседневных проблемах.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Цысарь, Ксения Михайловна, Москва

1. J. K. Gimzewski, R. Möller, Transition from the tunneling regime to point contact studied using scanning tunneling microscopy, Phys. Rev. B, 36, (1987), p. 1284-1287

2. R. Wiesendanger, Scanning probe microscopy and spectroscopy, Cambridge University Press, Cambridge (1994)

3. Sz. Csonka, A. Halbritter, G. Mihaly, Conductance of Pd-H nanojunctions, Phys. Rev. Lett, 93, 016802, (2004), p. 1-4; Sz. Csonka, A. Halbritter, G. Mihaly, Phys. Rev. B, 73, 075405 (2006), p. 1-6

4. T. Matsuda, T. Kizuka, Palladium wires of single atom width as mechanically controlled switching devices, Jpn. J. Appl. Phys., 45, (2006), p.1337-1339

5. M. Kiguchi, K. Murakoshi, Fabrication of stable Pd nanowire assisted by hydrogen in solution, Appl. Phys. Lett., 88, 253112 (2006), p. 1-3

6. H. D. Chopra, S. Z. Hua, Ballistic magnetoresistance over 3000% in Ni nanocontacts at room temperature, Phys. Rev. B, 66, 020403(R) (2002), p. 1-3

7. J.Bettini, F.Sato, P.Z.Coura, S.O.Danatas, D.S.Galvao, D.Ugarte, Experimental realization of suspended atomic chains composed of different atomic species, Nature Nanotecnology, 1, (2006), p. 182-185

8. V. Rodrigues, J. Bettini, P.C. Silva, D. Ugarte, Evidence for spontaneous spin polarized transport in magnetic nanowires, Phys Rev. Lett., 91, 096801 (2003)

9. A. I. Yanson, G. Rubio Bollinger, H. E. van den Brom, N. Agraít, J. M. van Ruitenbeek, Formation and manipulation of a metallic wire of single gold atoms, Nature, 395, (1998) p.783-785

10. A. Halbritter, Sz. Csonka, P. Makk, G. Mihaly, Interaction of hydrogen with metallic nanoj unctions, Journal of Physics: Conference Series, 61, (2007), p. 214—218

11. C. Zhou, C. J. Muller, M. R. Deshpande, J. W. Sleight, M. A. Reed, Microfabrication of a mechanically controllable break junction in silicon, Appl. Phys. Lett., 67 (8), (1995), p. 11601162

12. J.C. González, V. Rodrigues, J. Bettini, L.G. C. Regó, A. R. Rocha, P. Z. Coura, S.O. Dantas, F. Sato, D.S. Galväo, D. Ugarte, Indication of unusual pentagonal structures in atomic-size Cu nanowires, Phys. Rev. Lett., 93, 126103 (2004), p. 1-4

13. S. Snow, P. M. Campbell, D. Park , Metal point contacts and metal-oxide tunnel barriers fabricated with an AFM, Superlattices and Microstructures, 20, (1996), p. 545-553

14. E. S. Snow, D. Park, P. M. Campbell, Single-atom point contact devices fabricated with an atomic force microscope, Appl. Phys. Lett., 69, (1996), p. 269-271

15. C. Z. Li, N. J. Tao, Quantum transport in metallic nanowires fabricated by electrochemical deposition/dissolution, Appl. Phys. Lett., 72, (1998), p. 894-896

16. H. Ohnishi, Y. Kondo, K. Takayanagi, Quantized conductance through individual rows of suspended gold atoms, Nature, 395, (1998), p.780-783

17. V. Rodrigues, D. Ugarte, Real-time imaging of atomistic process in one-atom-thick metal junctions, Phys. Rev. B, 63, 073405 (2001), p.1-4

18. H. Bruñe, et al., Self-organized growth of nanostructure arrays Nature 394, 451, (1998); V. Repain, et al., Surf. Sci. 447, LI52 (2000)

19. A. Brodde, K. Dreps, J. Binder, Ch. Lunau, H. Neddermeyer, Scanning tunneling microscopy and photoemission from Fe/Cu(lll) Phys. Rev. B 47, 6609 (1993)

20. Y. Hu, Y. Zhang, C. Xu, G. Zhu, and Z. Lin Wang, High-Output Nanogenerator by Rational Unipolar Assembly of Conical Nanowires audits Application for Driving a Small Liquid Crystal Display Nano Lett, 10, 5025-5031 (2010)

21. T. Shinohara, T. Sato, T. Taniyama, Surface Ferromagnetism ofPd Fine Particles, Phys. Rev. Lett., 91, 197201,(2003), p.1-4

22. Y.N. Kim, E.K. Lee, Y.B. Lee, H. Shim, N.H. Hur, W.S. Kim, Direct Evidence for Ferromagnetism of Nanometer-Scale Palladium by Contact with Perovskite Manganite, J. Am. Chcm. Soc., 126, (2004), p.8672-8673

23. B. Sampedro, P. Crespo, A. Hernando, R. Litra'n, J. C. Sa'nchez Lo'pez, C. Lo'pez Cartes, A. Fernandez, J. Rami'rez, J. Gonza'lez Calbet, M. Vallet, Ferromagnetism in fee Twinned 2.4 nm Size PdNanoparticles, Phys.Rev.Lett., 91, 23, 237203 (2003), p.1-4

24. J. Velev, R. F. Sabirianov, S. S. Jaswal, E.Y. Tsymbal, Ballistic Anisotropic Magnetoresistance, Phys. Rev. Lett., 94, 127203 (2005); T. Haug, K. Perzlmaier, C. H. Back, Phys. Rev. B, 79, 024414 (2009), p.1-4

25. A. Delin, E. Tossati, Magnetic phenomena in 5d transition metal nanowires, Phys. Rev. B 68, 144434 (2003), p. 1-8

26. A. Delin, E. Tosatti, R. Weht, Phys. Rev. Let., A Reply to the Comment by Simone S. Alexandre et al., 96,079702 (2006), p. 1-1

27. D. SpisVk and J. Hafner, Magnetism of altrathin wires suspended in free space and adsorbed on vicinal surfaces, Phys. Rev. B, 67, 214416 (2003), p.1-13

28. A. Delin, E. Tosatti, R. Weht, Magnetism in Atomic-Size Palladium Contacts and Nanowires, Phys. Rev. Lett., 92, 5, 057201 (2004), p. 1-4

29. S.S. Alexandre, M. Mattesini, J.M. Soler, and F. Yndurain, Comment on "Magnetism in Atomic-Size Palladium Contacts and Nanowires", Phys. Rev. Let., 96,079701 (2006), p. 1-1

30. T. Nautiyal, T. H. Rho,K. S. Kim, Nanowires for spintronics: A study of transition-metal elements of groups 8-10, Phys. Rev. B, 69, 193404 (2004), p. 1-4

31. S. Ohno, T. Sato, Ferromagnetism in Pd low dimensional systems Supercomput Cent Act Rep 2005, (2006), p. 93-94

32. V. S. Stcpanyuk, A. L. Klavsyuk, W. Hergert, A. M. Saletsky, P. Bruno, and I. Mertig, Magnetism and structure of atomic-size nanocontacts, Phys. Rev. B 70, 195420 (2004), p. 1-4

33. M. Wierzbowska, A. Dclin and Erio Tosatti, Effect of electron correlations in Pd, Ni, and Co monowires, Phys. Rev. B 72, 035439 (2005), p.1-11

34. R. Z. Huang, V. S. Stepanyuk, A. L. Klavsyuk, W. Hergert, P. Bruno, J. Kirschner, Atomic relaxations and magnetic states in a single atom tunneling junction, Phys. Rev. B, 73, 153404 (2006), p. 1-4

35. K.M. Smelova, D.I. Bazhanov, V.S. Stepanyuk, A.M. Saletsky, P. Bruno, Interplay between magnetism and structure in atomic-size Pd contacts: Ab initio studies, Phys. Rev. B, 77, 033408 (2008), p. 1-4

36. Y. Mokrousov, G. Bihlmayer, S. Heinze, S. Blugel, Giant magnetocrystalline anisotropics of 4d transition metal monowires, Phys. Rev. Lett., 96, 147201 (2006), p.1-4

37. L.Fernandez Seivane, J. Ferrer, Magnetic anisotropics of late transition metal atomic clusters, Phys. Rev. Lett., 99, 183401 (2007), p.1-4

38. A. Smogunov, A. Dal Corso, A. Delin, R. Weht, E. Tosatti, Colossal magnetic anisotropy of monatomic free and deposited platinum nanowires, Nature Nanotechnology, 3, (2008), p.22-25

39. P.Blonski, J. Hafner, Magnetic anisotropy of transition-metal dimmers : Density functional calculations, Phys. Rev. B, 79, 224418 (2009), p. 1-12

40. A. Thiess,Y. Mokrousov,S. Heinze, Competing magneti canisotropies inatomic scale junctions, Phys. Rev. B, 81, 054433 (2010), p. 1-7

41. J.C.Tung, G.Y.Guo, Magnetic moment and magnetic anisotropy of linear and zigzag 4d and 5d transition metal nanowires: First— principlescalculations, Phys. Rev. B, 81, 094422 (2010), p.1-14

42. A.Smogunov, A. Dal Corso, E. Tosatti, Magnetic phenomena, spin-orbit effects, and Landauer conductance in Pt nanowire contacts : Density functional theory calculations Phys. Rev. B, 78, 014423 (2008), p. 1-9

43. V. M. Garcia-Suarez, D. Zs. Manrique, C.J. Lambert, J. Ferrer, Anisotropic magnetoresistance in atomic chains of iridium and platinum from first principles, Phys. Rev. B, 79, 060408 (2009), p.1-4

44. P. Gambardella, A. Dallmeyer, K. Maiti, M. C. Malagoli, S. Rusponi, P. Ohresser, W. Eberhardt, C. Carbone, K. Kern, Oscillatory magnetic anisotropy in one dimensional atomicwires, Phys. Rev. Lett., 93, 077203 (2004), p. 1-4

45. H. Dalgleish, G. Kirczenow, Theoretical study of spin — dependent electron transport in atomic Fe nanocontacts, Phys. Rev. B, 72, 155429 (2005), p. 1-12

46. C. Untiedt, A.I. Yanson, R. Grande, G. Rubio-Bollinger, N. Agra'it, S. Vieira, J.M. van Ruitenbeek., Calibration of the length of a chain of single gold atoms, Phys. Rev. B, 66, 085418 (2002), p. 1-6

47. A.K. Solanki, R.F. Sabiryanov, E.Y. Tsymbal, S.S. Jaswal, Conductance of Ni nanocontacts within first-principle approach, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 272, (2004),p.1730-1731

48. Xiaojun Wu, Qunxiang Li, Jinlong Yang, Electronic transport properties of Pd-Hjunctions between two PdHx (x=0, 0.25, 0.5, 0.75,1) electrodes: A nonequilibrium Green's function study Phys. Rev. B, 72, 115438 (2005), p.1-5

49. M. Brandbyge, J. Schiotz, M. R. Sorensen, P. Stoltze, K. W. Jacobsen, J. K. Norskov, L. Olesen, E. Laegsgaard, I. Stensgaard, F. Besenbachcr, Quantized conductance in atom — sized wires between two metals, Phys. Rev. B, 52, (1995), p.8499-8514

50. A. Halbritter, Sz. Csonka, P. Makk, G. Mihaly, Interaction of hydrogen with metallic nanojunctions, Journal ofPhysics: Conference Series, 61, (2007), p.214-218

51. J. M. Krans, C. J. Muller, I. K. Yanson, Th. C. M. Govaert, R. Hesper, J. M. van Ruitenbeek, One atom point contacts, Phys. Rev. B, 48, (1993), p. 14721-14724

52. C. Heiliger, M. Gradhand, P. Zahn, I. Mertig, Tunneling Magnetoresistance on the Subnanometer Scale, Phys. Rev. Lett., 99, 066804 (2007), p.1-4

53. F. Pauly, M. Dreher, J. K. Viljas, M. Hafner, J. C. Cuevas, P. Nielaba, Theoretical analysis of the conductance histograms and structural properties ofAg, Pt, and Ni Nanocontacts, Phys. Rev. B, 74,235106 (2006), p.1-21

54. J. Fernandez-Rossier, David Jacob, C. Untiedt, J. J. Palacios, Transport in magnetically ordered Pt nanocontacts, Phys. Rev. B, 72, 224418 (2005), p.1-4

55. T. Haug, K. Perzlmaicr, C.H. Back, In situ magnetoresistance measurements of ferromagnetic nanocontacts in the Lorentz transmission electron microscope, Phys. Rev. B, 79, 024414(2009), p. 1-6

56. W. Fa, J. Dong, Stability of suspended gold and silver alloy monatomic chains, J. Chem. Phys., 128, 244703 (2008), p.1-4

57. A. Enomoto, S. Kurokawa, A. Sakai, Quantized conductance inAu-Pd andAu-Ag alloy nanocontacts, Phys. Rev. B, 65, 125410 (2002) , p. 1-6

58. S. Egle, С. Bacca, H. Fr. of Pernau, M. Huefner, D. Hinzke, U. Nowak, E. Scheer, Magnetoresistance of atomic - size contacts realized with mechanically controllable break junctions, Phys. Rev. B, 81, 134402 (2010) , p.1-11

59. R. Mazzarello, E. Tosatti, Connection between magnetism and structure in Fe double chains on the Ir(100) surface, Phys. Rev. B, 79, 134402 (2009), p. 1-11

60. Y. Mokrousov, G. Bihlmayer, S. Bltigel, S. Heinze, Magnetic order and exchange interactions in monoatomic 3d transition-metal chains, Phys. Rev. B, 75, 104413 (2007) , p. 1-10

61. P. Gambardella, M. Blanc, K. Kuhnke, K. Kern, F. Picaud, C. Ramseyer, C. Girardet, C. Barreteau, D. Spanjaard, M. C. Desjonque'res, Growth of composition-modulated AgOCo wires on Pt(997), Phys. Rev. B, 64, 045404 (2001), p.1-14

62. A. JI. Клавсюк, С. В. Колесников, Е. М. Смелова, А. М. Салецкий, Исследование механических свойств палладиевых наноконтактов методом молекулярной динамики, Письма в ЖЭТФ, 91, (2010), с. 169-172; Subramanian K.R.S. Sankaranarayanan,V. R.

63. Bhethanabotla, В. Joseph, Molecular dynamics simulation of temperature and strain rate effects on the elastic properties of bimetallic Pd Pt nanowires, Phys. Rev. B, 76, 134117 (2007) , p.l-14

64. N. V. Skorodumova, S. I. Simak, A. E. Kochetov, B. Johansson, Ab initio study of electronic and structural properties of gold nanowires with light-element impurities, Phys. Rev. B, 75, 235440 (2007), p.1-4

65. R.N. Bamett, H. Hakkinen, A.G. Scherbakov, U. Landman, Hydrogen welding and hydrogen switches in a monatomic gold nanowire, Nano Letters, 4 (10), (2004) , p. 1845-1852

66. Марч H., Кон В., Вашишта П., Лундквист С., Уильяме А., Барт У., Лэнг Н. Теория неоднородного электронного газа, М.: Мир (1987)

67. A.Gonis, Theoretical materials science (2000)

68. W. Kohn, L.J. Sham, Self consistent equations including exchange and correlation effects. Phys. Rev., 140:A (1965), p. 1133-1138

69. P. N. Molin, Solid State Storage of Hydrogen in Magnesium Alanate a Density Functional Study, Department of Physics University of Oslo (2005)

70. Wigner E. P., Effects of the electron interaction on the energy levels of electrons in metals, Trans. Faraday. Soc., 34, (1938), p. 678-685

71. Ccperly D. M., Alder B. J., Ground state of the electron gas by a stochastic method, Phys. Rev. Lett., 45, (1980), p. 566-569

72. В.Кон, Электронная структура вещества ■— волновые функции и функционалы плотности, УФН, 172, 3, (2002), р. 336-348

73. J. P. Perdew, A. Zunger, Self-interaction correction to density functional approximations for many - electron systems, Phys. Rev. B, 23, (1981), p. 5048-5079

74. M. C. Payne, M. P.Teter, D. C. Allan , T.A. Arias, J.D. Joannopoulos, Iterative minimization techniques for ab initio total energy calculations: molecular dynamics and conjugate gradients, Rev. Mod. Phys., 64, 4, (1992), p. 1045-1097

75. M. Fuchs, M.Scheffler, Ab initio pseudopotentials for electronic structure calculations of poly atomic systems using density - functional theory, Сотр. Phys. Commun, 119, (1999), p.67-98

76. M. Eder, E. G. Moroni, J. Hafner, Structure and magnetic properties of thin Mn/Cu(001) and CuMn/Cu(100) films, Surf. Sci., 423, 1, (1999), p. 244-249

77. P P. Hohenberg, W. Kohn, Inhomogeneous electron gas, Phys. Rev. B, 136, (1964), p. 864871

78. J.P. Perdew, K. Burke, Y. Wang, Generalized gradient approximaton for the exchange-correlation hole of a many-electron system, Phys. Rev. B, 54, (1996), p.16533-16539

79. J.P. Perdew, Accurate density functional for the energy: Real-space cutoff of the gradient expansion for the exchange hole, Phys. Rev. Lett, 55, (1985), p. 1665-1668

80. J. Ilafner, G. Kresse, A. Eichler, R. Lorentz, R. Hirschl, M. Marsman, Vasp workshop, http://cms.mpi.univic.ac.at/vasp-workshop/slides/documentation.htm

81. A.A. Кацнельсон, B.C. Степанюк, О.Ф. Фарберович, A. Cac. Электронная теория конденсированных сред. М.: Изд-во МГУ, (1990)

82. N.Troullier, J. L.Martins, Efficient pseudopotentials for plane wavecalculations, Operations for fast iterative diagonalization. Phys. Rev. B, 43, (1991), p. 8861-8869

83. M.Fuchs, M. Schefflcr Ab initio pseudopotentials for electronic structure calculations of poly-atomic systems using density-functional theory, Сотр. Phys. Commun, 119, (1999), p.67-98

84. P. Фларри Квантовая химия. M.: Мир (1985)

85. OO.G. P. Kerker Non-singular atomic pseudopotentials for solid state applications, J. Phys. C13, (1980), p. 189

86. J. R. Chelikowsky The Pseudopotential-Density Functional Method (PDFM) Applied to Nanostructures J. Phys. D: Appl. Phys. V. 33. (2000), p.33-50

87. D. Vanderbilt Soft self-consistent pseudopotentials in generalized eigenvalue formalism Ibid. V. B41. (1990), p. 7892-7895

88. P. E. Blochl Generalized separable potentials for electronic-structure calculations Ibid. V. B41. (1990), p. 5414

89. G.Kresse, D.Joubert From ultrasoft pseudopotentials to the projector augmented-wave method Ibid. V. B59. (1999), p. 1758-1775

90. K.Laasonen, A. Pasquarello, R. Car et al. Car-Parrinello molecular dynamics with Vanderbilt ultrasoft pseudopotentials Ibid. V. B47. (1993), p. 10142

91. D. Corso, A. Pasquarello, Baldereschi A. Density-functional perturbation theory for lattice dynamics with ultrasoft pseudopotentials Idid. V. B56. (1997), p. 11369

92. G.Kresse, J.Furthmuller, Efficient iterative schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis set, Phys. Rev. B, 54, (1996), p. 11169—11186

93. G. Kresse, J. Furthmiiller Efficiency of ab-initio total energy calculations for metals and semiconductors using a plane-wave basis set, Comput. Mater. Sci., 6, (1996), p. 15-50

94. Moroni E. G., Kresse G., Hafner J., Furthmiiller J. Ultrasoft pseudopotentials applied to magnetic Fe, Co, andNi: From atoms to solids, Phys. Rev., B56, 15629 (1997), p. 1-17

95. P P. Blochl, Projector augmented-wave method, Phys. Rev. B, 50, 17953 (1994), p. 1-26

96. P.E. Blochl, Projector augmented wave method: An introduction, http://wwvv.pt.tu-clausthal.de/atp/

97. J.P. Perdew, K.Burke, M.Ernzerhof, Phys.Rev.Lett. 77 (1996), p. 3865-3868

98. M.C. Payne, M.P. Teter, D.C. Allan, T.A. Arias, J.D. Joannopoulus, Iterative minimization techniques for ab-initio total-energy calculations: molecular dynamics and conjugate gradients, Rev. Mod. Phys., 64: (1992), p. 1045-1077

99. P. E. Blochl, O. Jepsen, O.K. Andersen, Phys. Rev. B, 49, 23, 16223 (1994), p.1-10

100. Hendrik J. Monkhorst, James D. Pack, Special points for Brillouin-zone integrations, Phys. Rev. В 13, (1976), p. 5188-5192

101. L. Ai-Yu, W. Xiao-Chun, W. Yu-Hua, Z. Zi-Zhong, Chin.Phys.Lett. 23, 1, (2006), p. 182185

102. H. Y. Kwong, M. II. Wong, Y. W. Wong, К. H. Wong, Magnet or esistivity of Cobalt PtFe granular composite film produced by pulsed laser deposition technique, Rev. Adv. Mater. Sci., 15,(2007), p. 215-219

103. D. L. Williamson, В. M. Lairson, A. P. Payne, N. M. Rensing, В. M. Clemens, Structure of sputter deposited Pt/Fe and Cr/Fe multilayers, Hyperfine interactions, 92, 1, (1994), p.1271 -1279

104. Е.М.Смелова, К.М.Цысарь, Д.И.Бажанов, А.М.Салецкий, Атомная и электронная структуры смешанных проводов Аи и Со. Исследование методом первоприиципной молекулярной динамики, Письма в ЖЭТФ, 93 (3) (2011), с. 144-147

105. G.A.Sawatzky, W.Geertsman, C.Haas, J.Magn.Magn.Mater. 3, 37 (1976), p.914-917

106. P. Beauvillain Magnetic interface anisotropy in ultrathin cobalt films Au/Co/M/Au, with M = Au, Си, Pd or Pt J.Magn.Magn.Mater 121 1-3, (1993), p. 503-505I