多层金属膜磁各向异性调控及原子尺度动力学研究

发布时间：2017-10-26 01:03

  本文关键词：多层金属膜磁各向异性调控及原子尺度动力学研究

  更多相关文章： 金属多层膜 应力 磁各向异性 扫描隧道显微镜 吸附原子

【摘要】：磁性纳米材料的磁各向异性(MA)是自旋电子学领域的一个重要参数。近年来,纳米结构的MA受到实验和理论研究上的极大关注。我们用第一性原理计算的方法系统研究了应力对金属多层膜系统磁学性质的影响。通过调节应力的大小,我们可以在较大数值范围内控制Fe-Ir多层膜结构的MA。此外,我们还指出了系统MA对组分和结构依赖关系的微观机理。在此基础上,将Fe-Ir系统中的非磁性间隔Ir层替换成Pt,在得到的Fe-Pt系统中,由于Ir和Pt的能带填充数不同,应力不仅能够改变MA的大小,而且能够控制易磁化方向。通过分析系统的电子结构,我们给出了MA随应力变化的定性解释。此外,我们用基于第一性原理的Nudged Elastic Band Method(NEB)方法进行了原子尺度的动力学研究。研究结果表明,当STM针尖靠近时,吸附于Cu(111)面上的Cu原子由hcp吸附位置向fcc吸附位置跃迁的能垒逐渐降低。对于吸附于Cu(111)面上的Co原子,当STM针尖靠近时,其跃迁能垒的变化趋势与表面吸附Cu原子的情况类似,但Co原子的跃迁能垒的变化更迅速。这是因为STM针尖由Cu原子组成,Cu-Co之间的相互作用比Cu-Cu之间的相互作用强。对于吸附于Cu(100)面上的Co原子,我们得到了类似结论。能垒的降低主要是因为靠近的STM针尖会通过吸附原子引起衬底表面原子的弛豫。
【关键词】：金属多层膜 应力 磁各向异性 扫描隧道显微镜 吸附原子
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 多层磁性金属膜磁各向异性调控8-13
• 1.1.1 磁各向异性8
• 1.1.2 提高磁各向异性的途径8-10
• 1.1.3 磁各向异性的调控10-13
• 1.2 原子尺度动力学研究13-16
• 1.3 选题目的及创新点16-17
• 1.4 主要研究内容及研究方法17-18
• 第二章 计算方法18-30
• 2.1 密度泛函理论简介18-24
• 2.1.1 定态非相对论薛定谔方程18-19
• 2.1.2 伯恩-奥本海默近似19
• 2.1.3 变分法和平均场理论19-20
• 2.1.4 Hartree近似20-21
• 2.1.5 Fork近似21-22
• 2.1.6 Hohenberg-Kohn定理22-23
• 2.1.7 Kohn-Sham方程23-24
• 2.2 交换关联泛函24-25
• 2.2.1 LDA近似24-25
• 2.2.2 GGA近似25
• 2.3 波函数的平面波基矢展开25
• 2.4 第一性原理计算软件VASP介绍25-26
• 2.4.1 VASP计算流程26
• 2.5 晶格参数优化26-28
• 2.5.1 Fe基底27
• 2.5.2 Cu基底27-28
• 2.6 NPAR测试28-30
• 第三章 应力调控金属多层膜的磁各向异性30-44
• 3.1 计算流程及相关参数30-31
• 3.2 自旋轨道耦合作用引起的磁各向异性31-33
• 3.2.1 自旋轨道耦合作用31-32
• 3.2.2 二阶微扰论公式推导32-33
• 3.3 非磁性层两侧的磁性层不同自旋排布方式的能量稳定性比较33-34
• 3.4 应力调控Fe-Ir多层膜的磁各向异性34-37
• 3.5 应力调控Fe-Pt多层膜的磁各向异性37-39
• 3.6 结果分析39-41
• 3.7 应力对其它构型的合金薄膜的MA的调控作用41-43
• 3.8 结论43-44
• 第四章 STM针尖对金属表面原子吸附位置的影响44-55
• 4.1 原子尺度动力学研究方法-NEB44-45
• 4.2 多原子体系构建POSCAR的技巧45
• 4.3 Cu(111)面吸附Cu原子45-48
• 4.3.1 不同吸附位置稳定性比较46
• 4.3.2 STM探针对Cu(111)面上的Cu原子跃迁能垒的影响46-48
• 4.4 Cu(111)面吸附Co原子48-50
• 4.4.1 不同吸附位置稳定性比较48-49
• 4.4.2 STM探针对Cu(111)面上的Co原子跃迁能垒的影响49-50
• 4.5 Cu(100)面吸附Co原子50-51
• 4.6 结果分析51-55
• 第五章 结论及展望55-57
• 5.1 主要结论55-56
• 5.2 研究展望56-57
• 参考文献57-61
• 在学期间的研究成果61-62
• 致谢62

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本文编号：1096296