Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VÀ LÝ THUYẾT
3.2. Các kết quả tính tốn mơ phỏng trên hệ perovskite đơn lớp CaMnO3
3.2.7. Đánh giá về trạng thái từ của CaMnO3 ở dạng màng mỏng
Chúng tơi cũng đã tìm hiểu tương quan sắt từ – phản sắt từ trong các hệ CaMnO3 kích thước nano bị giới hạn hai chiều (2D). Bảng 3.5 cho thấy các thuộc tính điện tử và sự khác biệt về năng lượng tổng cộng của mỗi nguyên tử Mn giữa các cấu hình A–AF, C–AF, B–FM và G–AF của các mặt chưa hồi phục và các mặt đã hồi phục. Để điều chỉnh tính đối xứng của mặt theo cấu hình A–AF và C–AF, chiều FM / AF đã được lựa chọn là vng góc với mặt phẳng màng.
Bảng 3.5. Tính chất điện và sự khác biệt về năng lượng giữa trạng thái cơ bản và cấu h nh G–AF đối với mỗi nguyên tử Mn ) của mẫu màng mỏng tại các cấu
h nh từ khác nhau
Tính chất điện E (meV)
Mơ hình đã hồi
phục bề mặt hồi phục bề mặt Mơ hình chưa Mơ hình đã hồi phục bề mặt hồi phục bề mặt Mơ hình chưa G–AF Điện môi
Eg = 0.22 eV Bán dẫn loại p 0 0
A–AF Kim loại Kim loại –37 99
C–AF Điện môi
Eg = 0.68 eV Bán dẫn loại p –141 –22
B–FM Kim loại Kim loại 134 141
a) b)
c) d)
H nh 3.11. Cấu trúc vùng năng lượng của màng mỏng CaMnO3 chưa hồi phục (bên trái, (a) và (c)) và đã hồi phục bề mặt (bên phải, (b) và (d)) tại các trạng thái cơ
Đối với màng mỏng chưa hồi phục và đã hồi phục bề mặt, trạng thái cơ bản là C–AF thay vì G–AF. Ở trạng thái cơ bản, màng mỏng chưa hồi phục được xem là chất cách điện loại p với hai vùng trên mức Fermi (Hình 3.11 (a)). Sau quá trình hồi phục bề mặt, do sự dịch chuyển về phía âm của các trạng thái nên màng mỏng đã trở thành cách điện với Eg= 0,68 eV. Các cấu hình G–AF cũng xuất hiện các đặc tính tương tự. Sự khác biệt là các lỗ trống trong cấu hình C–AF nằm dọc theo các vectơ k hướng (0 0 0), Z (0 0 1/2) (hướng FM) trong khi các lỗ trống trong cấu hình G–AF nằm dọc theo các vectơ k hướng F (0 1/2 0) và Q (0 1/2 1/2) (Hình 3.11(c) và 3.11(d)). Bên cạnh đó, độ rộng EgG– AF = 0,22 eV G–AF đã được giãn ra do sự dịch chuyển về phía dương của các vùng bề mặt. Hai cấu hình từ khác A–AF và B–FM đều thể hiện tính kim loại có cấu trúc spin bất đối xứng.