구조적 변형 제어를 통한 코발트 분산 질소-도핑 그래핀의 자기적 성질 향상 연구 : 제일 원리 계산

Abstract

외부 요인에 의한 변형은 스핀트로닉스 소자에 쓰일 수 있을 것으로 여겨지는 물질의 자기적 특성을 조절하는 효과적인 방법으로 여겨진다. 이러한 방법의 가능성을 입증하기 위해, 제일원리이론 계산을 통하여 pyridinic 질소-도핑 그래핀(PNG)에 흡착한 코발트 원자의 자기 모멘트에 대한 등방 변형 효과가 연구되었다. -5%에서 5%까지의 변형에 대해, PNG에 흡착한 코발트 원자의 자기 모멘트는 1.72 μB 에서 1.95 μB 까지 선형적으로 증가하였다. 또한, 코발트 흡착원자는 질소 결함과의 강한 결합으로 인해 적용된 변형 범위 내에서 PNG의 표면에 금속 응집 없이 분산될 것으로 예측되었다. 자기 모멘트와 결합 특성의 변화는 변형에 의한 코발트 흡착원자와 이웃한 질소 원자들 사이의 spin-minority state에서의 전하 전이로 인해 발생되었다. 이는 외부 변형을 이용함으로써 코발트가 분산된 PNG 시스템의 안정적인 자성 조절이 가능할 것으로 예측된다.|An external strain is suggested as an effective means to control the magnetic properties of a candidate medium for future spintronics devices. To demonstrate the potential of this concept, the biaxial strain effects on the magnetic moment of Co adatom on pyridinic N-doped graphene (PNG) sheet were investigated using density functional theory calculations. Under the strain from −5% to 5%, the magnetic moment of the Co adatom on PNG was increased continuously from 1.72 to 1.95 μB. Also, Co adatoms are expected to be dispersed on the PNG surface without metal clustering in this range of applied strain due to its strong binding with the pyridinic nitrogen defects. The change in the magnetic moment and the bonding character originated from the spin charge transfer in the spin-minority states between the Co and the neighboring N atoms according to the strain. From these results, it is anticipated that reliable control of magnetism in Co decorated PNG system is available by use of an external strain.; An external strain is suggested as an effective means to control the magnetic properties of a candidate medium for future spintronics devices. To demonstrate the potential of this concept, the biaxial strain effects on the magnetic moment of Co adatom on pyridinic N-doped graphene (PNG) sheet were investigated using density functional theory calculations. Under the strain from −5% to 5%, the magnetic moment of the Co adatom on PNG was increased continuously from 1.72 to 1.95 μB. Also, Co adatoms are expected to be dispersed on the PNG surface without metal clustering in this range of applied strain due to its strong binding with the pyridinic nitrogen defects. The change in the magnetic moment and the bonding character originated from the spin charge transfer in the spin-minority states between the Co and the neighboring N atoms according to the strain. From these results, it is anticipated that reliable control of magnetism in Co decorated PNG system is available by use of an external strain.