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硅表面铁磁锰单原子纳米线的结构与生长机制研

  硅表面铁磁Mn单原子纳米线的结构和生长机理研究进展

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硅表面重构和自组装半导体表面吸附原子在硅表面上是重要的问题,理论和实验科学家早已被共同关注。由于MnSi等锰基化合物具有铁磁性和较高的居里温度,被认为是实现自旋传导的最有希望的磁性材料。已经发现,锰可以在室温下在硅(001)表面上自组装成单原子纳米线和小纳米簇,为这种磁性纳米结构的研究提供了一个很好的例子。
近日,北京大学王Che涛教授,北京大学王恩植教授,东北大学金属材料研究所田川教授等学者通过了物理所,中国科学院/北京凝聚态物理国家重点实验室第一性原理计算系统地研究了锰纳米线和纳米团簇在硅(001)表面的结构稳定性和形成机制。研究发现,锰在硅(001)表面形成了一个新的3n + 1原子密度的三聚体线型链。动力学研究表明,锰原子很容易在硅表面扩散,各向异性吸附导致纳米线的形成。由于沿着锰纳米线生长方向的应力,表面沟槽上的两个Mn原子形成二聚体扭曲结构,而硅表面上的一个Mn原子被压在硅表面原子层上,形成具有魔数纳米线结构3个原子(见图)。这种新的纳米结构与III-V族和V族纳米线基本不同。 III族元素镓等在(001)面上形成二聚体状的直链结构[JPCM 20(2008)445002],V族元素铋等形成双核5-7-5Bi硅表面上的纳米级结构[PRL 94(2005)226103]。这些结果为半导体硅表面磁性纳米结构的制备提供了重要的理论支持,对理解硅表面重构及相关性质具有广泛的科学意义。细节刊登在Phys。 Rev. Lett。 105,116102(2010),9月8日公布。该工作得到了国家自然科学基金和中国科学院知识创新工程项目重要方向的支持。
资料来源:物理研究所http://www.cas.ac.cn/ky/kyjz/201009/t20100913_2962597.shtml
 

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