xxiii πανελληνιο ÏƒÏ Î½ÎµÎ´ÏÎ¹Î¿ Ï†Ï ÏƒÎ¹ÎºÎ·Ï‚ στερεας καταστασης & επιστημης ...

Υπολογισμός Υψηλής Θερμοκρασίας Curie σε bcc Co και σε Κράματα FeCo
Φοίβος Μαυρόπουλος 1* , Marjana Ležaić 1 , και Stefan Blügel 1
1 Institut für Festkörperforschung, Forschungszentrum Jülich, D-52425 Jülich, Γερμανία
*
Ph.Mavropoulos@fz-juelich.de
Το κοβάλτιο και τα κράματα σιδήρου-κοβαλτίου χρησιμοποιούνται σε επαφές μαγνητοαντίστασης σήραγγος με φράγμα
MgO, όπου αναπτύσσονται σε δομή χωροκεντρομένου κυβικού συστήματος. Τέτοιες επαφές παρουσιάζουν ιδιαίτερα υψηλή
μαγνητοαντίσταση σήραγγος (TMR) με θερμοκρασιακή σταθερότητα (TMR > 400% σε θερμοκρασία δωματίου) [1]. Η
θερμοκρασιακή σταθερότητα της μαγνητοαντίστασης παραπέμπει σε ισχυρές αλληλεπιδράσεις ανταλλαγής και υψηλή
θερμοκρασία Curie.
Υπολογίσαμε [2] από πρώτες αρχές τις διατομικές αλληλεπιδράσεις ανταλλαγής και τη θερμοκρασία Curie T C του Co στη
μετασταθή δομή bcc, στις δομές fcc και hcp, καθώς και του bcc Fe και κραμάτων Fe 1-x Co x . Ο υπολογισμός της
ηλεκτρονικής δομής και των σταθερών ανταλλαγής J ij έγινε με τη μέθοδο KKR της συνάρτησης Green και η αταξία των
κραμάτων Fe 1-x Co x ελήφθη υπόψη με τη μέθοδο CPA (coherent potential approximation). Οι υπολογισμένες σταθερές
ανταλλαγής αντικαταστάθηκαν κατόπιν στη χαμιλτονιανή του Heisenberg H=-Σ ij J ij M i M j η οποία επιλύθηκε με μια μέθοδο
Monte Carlo για την εύρεση της θερμοκρασίας Curie.
Για το fcc Co βρήκαμε T C = 1280 Κ (πειραματικό αποτέλεσμα: T C exp = 1403 Κ) και για το bcc Fe T C = 900 Κ (T C exp =
1043 Κ). Για το bcc Co υπολογίσαμε την ιδιαίτερα υψηλή τιμή T C = 1400 Κ, ενώ η υψηλότερη τιμή, T C = 1670 Κ, βρέθηκε
για το κραμα Fe 0.5 Co 0.5 . Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι οι σταθερές ανταλλαγής και η θερμοκρασία Curie του σιδήρου είναι
ιδιαίτερα ευαίσθητες ως προς μικρές δομικές μεταβολές. Για παράδειγμα, μια πιθανή τετραγωνοποίηση του πλέγματος κατά
την ανάπτυξη στο MgO επιφέρει μείωση της θερμοκρασίας Curie κατά 15-20%. Αντίθετα, μικρές δομικές μεταβολές των
κραμάτων Fe 1-x Co x και του Co δεν επιρρεάζουν σημαντικά τη θερμοκρασία Curie. Οι υπολογισμοί της ηλεκτρονικής
πυκνότητας καταστάσεων δείχνουν ότι η διαφορά οφείλεται στο χαρακτήρα ασθενούς σιδηρομαγνήτη του Fe (παρουσία
καταστάσεων d στην ενέργεια Fermi και για τις δύο κατευθύνσεις σπιν) εν αντιθέσει προς το χαρακτήρα ισχυρού
σιδηρομαγνήτη (απουσία καταστάσεων d στην ενέργεια Fermi για τη μια κατεύθυνση σπιν) των Fe 1-x Co x και Co.
Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι το bcc Co και τα κράματα FeCo πλεονεκτούν για τη θερμοκρασιακή σταθερότητα της
μαγνητοαντίστασης σήραγγος.
[1] Yuasa S., Fukushima A., Kubota H., Suzuki Y., and Ando K., Appl. Phys. Lett. 89 (2006), 042505.
[2] Ležaić M., Mavropoulos Ph., and Blügel S., Appl. Phys. Lett. 90 (2007), 082504.
125