Tailoring and probing magnetic interactions in nanoscale structures at metallic surfaces - an ab initio study

Abstract

Neue Möglichkeiten die magnetische Kopplung in nanometergrossen Oberflächenstrukturen zu untersuchen und zu beeinflussen werden vorgeschlagen und diskutiert. Anhand der Ergebnisse der Numerischen Simulationen mit der Korringa-Kohn-Rostoker Greensche Funktion Methode [eine Umsetzung der Dichtefunktionaltheorie in der Lokale-Spin-Dichte-Näherung (LSDA)] wird gezeigt, dass man die magnetischen Eigenschaften der Nanostrukturen durch die Anpassung der Systemgeometrie beeinflussen kann. Die Spin-Kopplung einzelner Atome zu, in der Oberfläche versenkten, magnetischen Monolagen wird untersucht und dessen starke Abhängigkeit von der Tiefe der Versenkung bewiesen. Zusätzlich wird gezeigt, dass sich durch bewusste Manipulierung dieser Kopplung die magnetische Wechselwirkung zwischen einzelnen Atomen an der Oberfläche kontrollieren lässt. Eine weitere Möglichkeit der Kontrolle über diese Wechselwirkung, durch Verbinden der einzelnen magnetischen Atome mit paramagnetischen Atomketten, wird angesprochen. Der Einfluss des Quantenconfinements der Oberblächenzustände auf die ustauschwechselwirkung zwischen einzelnen Atomen wird an dem Beispiel eines selbst assemblierten Systems [hexagonalen Inseln auf der Kupfer Oberfläche] dargestellt. Es wird gezeigt, dass durch eine Anpassung der Inselgrösse die Kopplung magnetischer Atome darauf verstärkt, unterdrükt oder umgekehrt werden kann. Die Untersuchung des Einflusses der interatomaren Austauschwechselwirkung auf die Lokalisierung der Oberflächenzustände ergibt eindeutig, dass die Breite und die energetische Lage der Lokalisierung als ein Indikator der Spin-Kopplung einzelner Atome dienen kann. Zum Abschluss wird gezeigt, dass sowohl die magnetischen Eigenschaften von den, in die Oberflächen untergetauchten, Nanostrukturen als auch dessen Kopplung zueinander durch die Untersuchung der Polarisierung von Oberflächenelektronnen ermittelt werden können.