| Summary: | Μελετάμε, χρησιμοποιώντας υπολογισμούς ηλεκτρονικής δομής από πρώτες αρχές, τις μαγνητικές ιδιότητες διάφορων κραμάτων (BiFeO3, BiMnO3 και Bi2MnFeO6) και πολυστρωμάτων είτε με ημιαγώγιμο υπόστρωμα (InP/BiFeO3) είτε με υπόστρωμα μετάλλων μετάβασης (V/BiFeO3 και Fe/BiFeO3). Όλα τα κράματα και τα πολυστρώματα τα οποία μελετήθηκαν είχαν δομή σφαλερίτη (zinc – blend). Τα υλικά αυτά ανήκουν στην κατηγορία των μαγνητοηλεκτρικών υλικών, μία κατηγορία με έντονο επιστημονικό ενδιαφέρον λόγω των πολλαπλών πλεονεκτημάτων που παρουσιάζει η χρησιμοποίησή τους σε μαγνητοηλεκτρικές εφαρμογές, π.χ. σε σκληρούς δίσκους και σε μνήμες ηλεκτρονικών υπολογιστών.
Τα παραπάνω υλικά μελετήθηκαν για διαφορετικές μαγνητικές δομές. Για το BiFeO3 θεωρήσαμε τρεις πιθανές αντισιδηρομαγνητικές διαμορφώσεις και την σιδηρομαγνητική λύση. Επίσης μεταβάλαμε την πλεγματική σταθερά της μοναδιαίας κυψελίδας από 5.6 a.u. έως και 8.1 a.u.. Για το BiMnO3 μελετήθηκαν τρεις αντισιδηρομαγνητικές και μία σιδηρομαγνητική διαμόρφωση για δύο τιμές της πλεγματικής σταθεράς: 14 a.u. (ή 3.703 Å) και 14.7 a.u. (ή 3.888 Å). Για το Bi2MnFeO6 υπάρχουν τρεις διαφορετικές περιπτώσεις ανάλογα με τις θέσεις των ατόμων Fe και Mn, και για κάθε περίπτωση έχουν μελετηθεί πέντε αντισιδηρομαγνητικές διαμορφώσεις και μία σιδηρομαγνητική, για τις ίδιες πλεγματικές σταθερές με το BiMnO3. Στα πολυστρώματα InP/BiFeO3 υπάρχουν τέσσερις περιπτώσεις των οποίων η διαφορά βρίσκεται στις θέσεις των ατόμων In και P στο υπόστρωμα. Τέλος, στα πολυστρώματα V/BiFeO3 και Fe/BiFeO3 μελετήθηκαν πέντε διαφορετικές περιπτώσεις, των οποίων η διαφορά εντοπίζεται στην πλεγματική σταθερά.
Οι προσομοιώσεις μας έδειξαν ότι ενώ τα κρυσταλλικά κράματα παρουσιάζουν έντονες μαγνητικές ιδιότητες, στην περίπτωση των πολυστρωματικών υμενίων, η μείωση σε διαστάσεις οδηγεί σε σημαντική υποβάθμιση των μαγνητικών ιδιοτήτων και σε μερικές περιπτώσεις σε σχεδόν μη – μαγνητικές λύσεις. === We study, using first – principles electronic structure calculations, the magnetic properties of various alloys such as BiFeO3, BiMnO3, Bi2MnFeO6 and multilayers with a semiconducting (InP/BiFeO3) or a transition metal (V/BiFeO3 and Fe/BiFeO3) substrate. All the previous alloys and multilayers have a zinc – blend structure. These materials are known as magnetoelectric materials, a category which has attracted intense scientific interest due to the advantages of implementing these materials in spintronic devices e.g. computer's hard disks and RAM memories.
These materials were studied for various magnetic structures. For BiFeO3 we considered three antiferromagnetic and a ferromagnetic configurations. We also varied the lattice constant of the unit cell from 5.6 a.u. to 8.1 a.u.. For BiMnO3 we studied three antiferromagnetic and one ferromagnetic configurations for two values of the lattice constant: 14 a.u. (or 3.703 Å) and 14.7 a.u. (or 3.888 Å). For Bi2MnFeO6 there are three different cases depending on the positions of Fe and Mn atoms, and in each studied case five antiferromagnetic and one ferromagnetic configurations were taken into account, concerning InP/BiFeO3 multilayers there are four cases where the difference concern the positions of In and P in the substrate. Finally, the multilayers V/BiFeO3 and Fe/BiFeO3 were studied for five different values of the lattice constant.
Our simulations show that although the bulk alloys exhibit considerable magnetic properties, the latter are seriously downgraded for multilayers and in same casses magnetism almost vanishes.
|
|---|
