表面原子自旋之三維建構的第一原理計算

Abstract

啟發自二維建造原子自旋與分子磁鐵，我們提出針對三維建造原子尺度自旋進行電腦計算研究。我們與IBM矽谷研究中心掃描穿隧顯微鏡實驗室合作，將表面磁原子結構與表面絕緣層都進行三維建造。該表面是在銅(100)上覆蓋單層氮化銅。此設計使自旋免受傳導電子遮蔽，又容許穿隧電流從掃描探針通到表面來探測自旋，更進一步對個別原子進行建構、探測與改造。過去已研究二維原子自旋的耦合與磁異向性。沿伸表面自旋到第三個維度主要原因有：一、單分子磁鐵是一成熟領域，惟其分子組成不易改造。而大自旋與大磁異向性的分子磁鐵多為三維結構。二、現行技術僅能造出最大20奈米見方的單層氮化銅。要持續增加磁原子數目，勢必要往垂直方向發展。三、原子自旋建在單層氮化銅上，其分子軌域受下方傳導電子影響較大。 密度汎函理論搭配投影綴加波法將被用來研究此系統的磁性與原子力。我們首先將尋找最穩定的三維磁性二聚子結構，最近用來量測單一自旋鬆弛時間的鐵銅二聚子是此類研究首選，我們同時也將計算其磁異向性。搬動一顆原子所需的力對於建造三維磁結構是一重要的物理量，我們將研究單顆銅原子與有或無原子空缺的單層氮化銅表面的作用力。一層一層長晶雙層氮化銅的機制也會以電腦計算模擬，在單層與雙層氮化銅表面上，其磁原子的分子軌域也會被作比較。