Propriedades magnéticas de nanoestruturas adsorvidas em superfícies metálicas

Neste trabalho, utilizamos o método de primeiros princípios RS-LMTO-ASA (Real Space – Linear Muffin-Tin Orbital - Atomic Sphere Approximation) baseado na Teoria do Funcional da Densidade (DFT - Density Functional Theory) e implementado para o cálculo de estruturas magnéticas não-colineares, para investigar as propriedades magnéticas de nanoestruturas adsorvidas em superfícies metálicas. Consideramos aglomerados com diferentes geometrias e tamanhos como adátomos, dímeros, trímeros, nanofios e nanoestruturas de geometria triangular de Fe, Fe-Co e Fe-Pt adsorvidos sobre a superfície de Pt(111) e tratamos também nanoestruturas de Mn sobre a superfície de Ag(111). Mostramos que os nanofios de Fe-Co sobre a superfície de Pt(111) apresentam um ordenamento ferromagnético. Devido à redução do número de coordenação presente na superfície, os momentos de spin e orbital nos sítios de Fe e Co mostram-se elevados comparados com os respectivos valores dos momentos destes metais como bulk. Analisamos também como estes momentos variam em função da concentração destes elementos nos nanofios. Para os sistemas compostos por nanofios Fe-Pt adsorvidos em Pt(111), mostramos que é possível sintonizar as interações de troca entre os adátomos magnéticos Fe através da introdução de um diferente número de átomos Pt para ligá-los. Por exemplo, a interação de troca entre os adátomos de Fe pode ser consideravelmente aumentada pela introdução de cadeias de Pt que os conectem e tanto configurações ferromagnéticas, antiferromagnéticas ou não-colineares entre os adátomos de Fe podem ser estabilizadas, dependendo da espessura do espaçador Pt. Para os aglomerados Mn sobre a Ag(111) mostramos que a interação de troca entre os sítios de Mn depende não somente da distância entre os átomos, mas também do número de coordenação de cada sítio. Desta forma, verificamos um magnetismo não-colinear nestas nanoestruturas causado tanto por frustração geométrica, quanto pela competição de interações de curto e longo alcance. Nossos resultados estão em boa concordância com os resultados experimentais da literatura e com os resultados teóricos obtidos por outros métodos, quando existentes.

ABSTRACT: We use the first principles RS-LMTO-ASA (Real Space - Linear Muffin-Tin Orbital - Atomic Sphere Approximation) method, based on the Density Functional Theory and implemented to calculate noncollinear magnetic structures, to investigate the magnetic properties of nanostructures adsorbed on metallic surfaces. We have considered different geometries and sizes such as adatoms, dimers, trimers, nanowires, and nanostructures with triangular geometry of Fe, Fe-Co and Fe-Pt on Pt(111), as well as Mn nanostructures on Ag(111) surface. The Fe-Co nanowires adsorbed on Pt(111) are found to order ferromagnetically regardless of the nanowire size. We find enhanced spin and orbital moments at Fe and Co sites compared to what is found in bulk, which is attributed to the reduced coordination number presented at the surface. We also analyzed how these moments vary as a function of the concentration of these elements at the nanowires. For systems composed by Fe-Pt nanowires adsorbed on Pt(111), our results show that it is possible to tune the exchange interaction between magnetic adatoms (Fe) by introducing a different number of Pt atoms to link them. For instance, the exchange interaction between Fe adatoms can be considerably increased by introducing Pt chains to link them. Moreover, either a ferromagnetic or an antiferromagnetic configuration between magnetic adatoms (Fe) can be stabilized depending on the Pt spacer thickness. Furthermore, even a non-collinear magnetic ordering can be obtained tuned by Pt-mediated atoms. For Mn clusters on Ag(111), the exchange interactions between Mn sites depend not only on the distance between the atoms, but also on the coordination number of each site. Therefore, the non-collinear ordering in these nanostructures is caused not only if antiferromagnetism is frustrated by the cluster geometry, but also by the competition between short and long range exchange interactions. The results obtained are in general in good agreement with experiment and other calculations, when available in the literature.