Der Magnetismus niedrigdimensionaler Systeme bleibt trotz seiner langen Geschichte eine der wichtigsten aktuellen Herausforderungen der Physik der kondensierten Materie. In dieser Arbeit wurden die elektronischen und magnetischen Eigenschaften von eindimensionalen (1D) 3D-Übergangsmetall-(TM)-Nanodrähten im Rahmen der Dichtefunktionaltheorie im Grundzustand untersucht. Die relative Stabilität kollinearer und nicht-kollinearer (NC) magnetischer Ordnungen in monoatomaren V-, Mn- und Fe-Ketten wurde quantifiziert, indem die Dispersionsbeziehung E(q) des gefrorenen Magnons als Funktion des Spin-Dichte-Wellenvektors q berechnet wurde. Es wurden bemerkenswerte Instabilitäten der Spin-Dichte-Welle (SDW) aufgedeckt, die nachweislich das Ergebnis konkurrierender ferromagnetischer und antiferromagnetischer Wechselwirkungen zwischen den lokalen magnetischen Momenten entlang der Kette sind. Als Beispiel zeigt Abb. 1 die Spindichteverteilung m(r) = (mx, my, mz) in den stabilen SDWs, die in Fe-Ketten gefunden wurden.

Eine weitere höchst interessante Entdeckung ist die Möglichkeit, die Morphologie, den orbitalen Magnetismus und die magnetische Anisotropie-Energie (MAE) von kleinen Co-Clustern, die auf Graphen (G) abgelagert sind, unter der Einwirkung eines externen elektrischen Feldes (EF) reversibel zu steuern. Es wird eine Vielzahl von cluster-spezifischen und EF-induzierten Effekten gezeigt, einschließlich (i) senkrechter oder gekippter Adsorptionskonfigurationen der Dimere und Trimere, (ii) signifikanter morphologie-abhängiger permanenter Dipolmomente und elektrischer Suszeptibilitäten, (iii) EF-induzierter reversibler Übergänge zwischen den verschiedenen metastabilen Adsorptionsmorphologien von Fe3 und Co3 auf Graphen, (iv) qualitative Veränderungen in der MAE-Landschaft durch strukturelle Veränderungen, (v) kolossale Werte der magnetischen Anisotropie E ≃ 45 meV pro Atom in Co2/G, (vi) EF-induzierte Spinreorientierungsübergänge in Co3/G und (vii) reversibel abstimmbare Koerzitivfeld- und Blockierungstemperaturen, die in einigen Fällen eine barrierefreie Magnetisierungsumkehr des Haufens ermöglichen. Diese bemerkenswerten elektrischen und magnetischen Fingerabdrücke eröffnen neue Möglichkeiten zur Charakterisierung und Nutzung der größen- und strukturabhängigen Eigenschaften von magnetischen Nanostrukturen an Oberflächen.

Referenzen

M. Tanveer, P. Ruiz-Diaz and G. M. Pastor, Phys. Rev. B 94, 094403 (2016).
M. Tanveer, J. Dorantes-Davila and G. M. Pastor, Phys. Rev. B 96, 224413 (2017).

Die ultraschnelle Entmagnetisierung von magnetischen Übergangsmetallen nach Anregung mit kurzen Laserpulsen wurde unter Berücksichtigung eines elektronischen Vielkörpermodells untersucht. Genaue Zeitausbreitungen für Ni-Filme haben den folgenden mikroskopischen Mechanismus aufgedeckt: Erstens öffnen die Laseranregungen der Valenz-Elektronen-Zustände bisher Pauli-blockierte neue Kanäle für die Spin-Bahnkopplung, die lokale Drehimpulsübertragungen von den Atomspins si zu den Bahnmomenten li induzieren. Dann löscht die fortwährende Bewegung der Elektronen im Gitter aufgrund des interatomaren Hüpfens am effizientesten jede beginnende Zunahme des mittleren Bahndrehimpulses L = Σi li auf einer Zeitskala in der Größenordnung von nur einer Femtosekunde. Das Ergebnis dieser einfachen fundamentalen Prozesse ist die rasche Abnahme der durchschnittlichen Magnetisierung auf einer Zeitskala in der Größenordnung von Subpikosekunden. Es hat sich gezeigt, dass der entmagnetisierte Zustand einem Zustand mit ungeordnetem lokalem Moment entspricht, in dem die atomaren magnetischen Momente aufgrund starker elektronischer Korrelationen bemerkenswert stabil bleiben. Darüber hinaus haben die Berechnungen gezeigt, dass entlang des Entmagnetisierungsprozesses ein signifikantes Maß an magnetischer Ordnung mit kurzer Reichweite bestehen bleibt.

References

W. Töws and G. M. Pastor, Phys. Rev. Lett. 115, 217204 (2015).
W. Töws and G. M. Pastor, Phys. Rev. B 100, 024402 (2019).