مقایسه ساختار الکترونی و مغناطیسی ابرشبکه A/B نسبت به تغییر لایه‌های اتمی تشکیل دهنده آن (A=LaMnO3, LaTiO3 & B=SrTiO3, SrMnO3)

نانومواد

دوره 13، شماره 46، تیر 1400، صفحه 117-125   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

فاطمه پیروند بوری؛ آزاده اعظمی^*

گروه فیزیک، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

چکیده

در این تحقیق محاسبات ابتدا به ساکن ساختار الکترونی و مغناطیسی ابرشبکه‌های LaMnO₃/SrTiO₃، LaMnO₃/SrMnO₃ و LaTiO₃/SrTiO₃ با تقریب LDA+U و با استفاده از روش شبه پتانسیل فوق نرم بر پایه نظریه تابعی چگالی انجام شده است. بسته محاسباتی مورد استفاده در این تحقیق Pwscf است که برای بررسی ساختار الکترونی مناسب‌تر است. استفاده از تقریب LDA+U در دستگاه‌های همبسته قوی منوط به داشتن مقدار پارامتر هابارد است. با استفاده از روش پاسخ خطی مقدار پارامتر هابارد برای اتم منگنز eV 5/3 و برای اتم تیتانیوم eV 5 بدست آمده است که در توافق خوبی با نتایج تجربی است. برای ساخت ابرشبکه‌های LaMnO₃/SrTiO₃، LaMnO₃/SrMnO₃ و LaTiO₃/SrTiO₃ از زیرلایه SrTiO₃ استفاده شده است. محاسبات چگالی حالات، فاز فرومغناطیس و نیم فلز را برای ترکیب بلوری LaMnO₃، فاز پارامغناطیس و عایق برای ترکیب SrTiO₃ و فاز پاد فرومغناطیس نوع G و عایق را برای ترکیب‌های بلوری SrMnO₃ و LaTiO₃ نشان می‌دهد. با محاسبه چگالی حالات جزئی ترکیب‌های بلوری اولیه و محاسبه چگالی حالات ابرشبکه‌ها دیده شد که با وجود شباهت ساختاری ترکیب‌های بلوری LaMnO₃، SrTiO₃، SrMnO₃ و LaTiO₃ اما با قرار دادن لایه‌های اتمی آن‌ها به صورت متناوب، در فصل مشترک لایه‌های اتمی در ابرشبکه‌ها از نظر ساختار الکترونی، خواص مغناطیسی و الکتریکی نسبت به حالت‌های بلوری تشکیل دهنده آن‌ها تفاوت‌های چشمگیری از خود نشان می‌دهند. پیش‌بینی پیکربندی مغناطیسی ابرشبکه‌ها، انرژی برهمکنش تبادلی بین نزدیک‌ترین همسایه‌ها محاسبه شده است. انرژی تبادلی بین اتم‌های Mn-Mn، از مرتبه eV ^3- 10×01/4-، بین اتم‌های Ti-Mn از مرتبه eV ^3- 10×01/2- و همچنین انرژی برهمکنش تبادلی بین اتم‌های Ti-Mn از مرتبه eV ^3- 10×10/3- در فصل مشترک لایه‌ها و منفی بدست آمد که نتایج محاسبات انرژی برهمکنش تبادلی نشان می‌دهد که پیکربندی ناشی از اتم‌های فصل مشترک لایه‌ها در ابرشبکه‌ها فرومغناطیس است که نتیجه گذار الکترون در لایه‌های فصل مشترک است که سبب بهینه‌سازی پیکربندی در فصل مشترک ابرشبکه‌ها می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

نظریه تابعی چگالی؛ DFT؛ ابرشبکه؛ LaMnO3/SrTiO3؛ LaMnO3/SrMnO3؛ LaTiO3/SrTiO3

مراجع

• Erdemir, Tribology International, 38, 2005, 249.
• Piskunov, E. Heifets, R. Eglitis, G. Borstel, Computational Materials Science, 29, 2004, 165.
• Liu, C. Ma, P. Zhou, S. Dong, J.M. Liu, Journal of Applied Physics, 113, 2013, 17D902.
• Cossu, N. Singh, U. Schwingenschlogl, Applied Physics Letters, 102, 2013, 2013042401.
• Okamoto, A.J. Millis, N.A. Spaldin, Physical Review Letters, 97, 2006, 056802.
• Keunecke, F. Lyzwa, D. Schwarzbach, V. Roddatis, N. Gauquelin, K. MullerCaspary, Advanced Functional Materials, 30, 2019, 1808270.
• Lebedev, M. Stehno, A. Rana, N. Gauquelin, J. Verbeeck, A. Brinkman, Journal of Physics: Condensed Matter, 33, 2020, 055001.
• I. Edmondson, S. Liu, S. Lu, H. Wu, A. Posadas, D.J. Smith, X.P.A. Gao, Journal of Applied Physics, 124, 2018, 185303.
• Yu, P. Chen, L. Zhou, X. Ning, B. Deng, X. Shi, Materials Letters, 242, 2019, 95.
• C. Kaspar, P.V. Sushko, S.R. Spurgeon, M.E. Bowden, D.J. Keavney, R.B. Comes, Advanced Materials Interfaces, 6, 2019, 1801428.
• Yao, L. Zhang, J. Meng, X. Liu, X. Zhang, W. Zhang, Journal of Applied Physics, 123, 2018, 115304.
• S. Choi, D. Jeong, S.S.A. Seo, Y. Lee, T. Kim, S. Jang, Physical Review B, 83, 2011, 195113.
• Li, C. Tang, T.R. Paudel, D. Song, W. Lu, K. Han, Advanced Materials, 31, 2019, 1901386.
• Giannozzi, S. Baroni, N. Bonini, M. Calandra, R. Car, Journal of physics: Condensed Matter, 21, 2009, 395502.
• Ohtomo, D. Muller, J. Grazul, Nature, 419, 2002, 378.
• Nanda, S. Satpathy, Physical Review B, 79, 2009, 054428.
• Gao, A. Wei, J. Sun, D. Shang, J. Wang, T. Zhao, Applied Physics Letters, 96, 2010, 262503.
• Janicka, J.P. Velev, E.Y. Tsymbal, Journal of Applied Physics, 103, 2008, 07B508.
• Nanda, S. Satpathy, Physical Review B, 78, 2008, 054427.
• Yamada, M. Kawasaki, T. Lottermoser, T. Arima, Y. Tokura, Applied Physics Letters, 89, 2006, 052506.
• Janicka, J.P. Velev, E.Y. Tsymbal, Physical Review Letters, 102, 2009, 106803.
• E. Cohen, H. Krakauer, Ferroelectrics, 136, 1992, 65.
• Y. Tokura, JSAP International, 2, 2000, 12.