We present results from density functional theory calculations referring to the magnetic properties of 13, 55, 147 and 309 atoms Cu-Fe icosahedral nanoclusters. Aiming in finding the nanocluster with the optimum magnetic moment (mВ) we explored the various sizes considering several compositions and atomic conformations. It came out that configurations with agglomerated Fe atoms inside the Cu-Fe nanoclusters and pure Cu surface shell are energetically favoured as demonstrated e.g. for the Cu49Fe6 with 2.3mВ compared to 2.1mВ of the Fe bcc. The highest magnetic moment, 3.6mВ, was found in the Cu12Fe case with the Fe atom located at the surface cell, while 3.18mВ was found for the Cu297Fe12 in a similar configuration having Fe atoms surrounded by Cu that occupy the surface shell's edges. The magnetic moment is mainly due to Fe's spin up-down electronic density of states difference close to the Fermi level (EF). In particular, the Spin-up Fe d electronic density of states are fully occupied yielding wavefunctions with homogeneous change distribution while the Spin-down is almost unoccupied exhibiting dangling bonding states close to EF. These results could be used for the design of environmental sustainable smart alloys with superior magnetic properties e.g. by depositing Fe or FeCu on Cu nanoclusters or including new elements that provide the possibility of keeping the Fe Spin up-down electronic occupation difference close to EF.
We present density functional theory results referring to the structural, electronic and magnetic properties of 13, 55, 147 and 309 Fe-Co (magnetic-magnetic) icosahedral nanoclusters (ICO) comparing with our previous results on Fe-Cu (magnetic-nonmagnetic). It came out that the Fe atoms always favour the edge surface sites exhibiting higher average magnetic moment (MM) for Fe and FeCo ICOs than FeCu while the local Fe MM is greater for FeCu12 and Fe6Cu49 ones. This is due to the strong hybridisation of Fe 3d-Co 3d states, while in Fe-Cu the Fe spin down states are restricted close to fermi without been affected by the corresponding Cu states. These results could be used for the design of environmental sustainable smart magnetic alloys.
Το ενδιαφέρον για τους φιλικά προς το περιβάλλον και βιώσιμα Fe-X (X = Cu, Co, Mn) νανοσυσσωματώματα και επικαλύψεις αυξάνεται σήμερα λόγω των πιθανών ανώτερων μαγνητικών ιδιοτήτων τους που μπορούν να οδηγήσουν σε εφαρμογές σε πολλαπλά πεδία όπως η κατάλυση και η παράδοση φαρμάκων. Σε αυτή τη διατριβή, πραγματοποιήσαμε υπολογισμούς συναρτησιακού πυκνότητας φορτίου προκειμένου να μελετήσουμε τα νανοσυσσωματώματα Fe-X (X = Cu, Co, Mn) με στόχο την εύρεση των βέλτιστων ρυθμίσεων και μεγεθών συστάδων που εμφανίζουν την υψηλότερη μαγνητική ροπή (MM). Επιλέγουμε υποκατάσταση Cu καθώς είναι ένα κλασικό μη μαγνητικό στοιχείο, ενώ τα γνωστά μαγνητικά στοιχεία Co και Mn εμφανίζουν σύζευξη Ferromagnetic (FM) και Antiferromagnetic (AFM) με Fe αντίστοιχα. Για αυτούς τους λόγους, διερευνούμε διάφορα μεγέθη συστάδων λαμβάνοντας υπόψη διάφορες συνθέσεις και ατομικέςδιαμορφώσεις που αναλύουν την ηλεκτρονική πυκνότητα καταστάσεων (EDOS), τις κυματοσυναρτήσεις (WF) και τον πληθυσμό των ηλεκτρονίων. Διαπιστώσαμε ότι τα νανοσυσσωματώματα FeCu εμφανίζουν το υψηλότερο τοπικό MM Fe όταν το Fe βρίσκεται σε περιοχές επιφανείας του συμπλέγματος με τον μικρότερο αριθμό γειτόνων Cu που δεν συμβάλλουν στις μαγνητικές ιδιότητες του συστήματος. Αντίθετα, τα νανοσυσσωματώματα FeCo εμφανίζουν σύζευξη FM με άτομα Co και Fe και αποδίδουν τον υψηλότερο μέσο όρο συστάδων MM, ενώ το τοπικό MM Fe είναι ίσο με τα περιστατικά FeCu. Τα νανοσυσσωματώματα FeMn δείχνουν μια μέση συστάδα MM κοντά στο μηδέν, μιμείται τη συνολική μέση τάση MM του FeCu λόγω της ζεύξης Mn-Mn AFM. Η ηλεκτρονική πυκνότητα καταστάσεων συστάδων 13- και 55 ατόμων εμφανίζει διακριτές και εντοπισμένες καταστάσεις, με αποτέλεσμα μισό μεταλλικό χαρακτήρα. Συγκεκριμένα, οι συστάδες FeCu εμφανίζουν μια πλήρως καταλαμβανόμενη ηλεκτρονική πυκνότητα Spin-up Fe 3dκαταστάσεων που αποδίδουν κυματοσυνδέσεις με ομοιογενή κατανομή φορτίου. Αντίθετα, το Spin-down είναι σχεδόν άδειο και εμφανίζει ανασταλτικές καταστάσεις σύνδεσης κοντά στηνκατάσταση homo. Οι συστάδες FeCo ή FeMn χαρακτηρίζονται από ηλεκτρονικές καταστάσεις Fe 3d που υβριδοποιούνται έντονα με το Co ή το Mn 3d τόσο για την περιστροφή όσο και για την περιστροφή των EDOS. Επιπλέον, τα μεγαλύτερα νανοσυσσωματώματα (147 και 309 ατόμων) δείχνουν μια συμπεριφορά που μοιάζει με εκείνη των επιστρώσεων και μεταλλικά χαρακτηριστικά. Σε όλες τις περιπτώσεις, τα νανοσυσσωματώματα εμφανίζουν υψηλότερο MM από τα λεπτά υμένια Feπου συγκλίνουν πάνω από 120 άτομα. Συμπερασματικά, τα νανοσυσσωματώματα FM Fe-Co ή οι επιστρώσεις Fe στο Co / Cu (111) προτείνονται ως ο καλύτερος υποψήφιος για συστήματα βασισμένα σε Fe με ισοδύναμο συνολικό και τοπικό Fe MM σε σύγκριση με τα αντίστοιχα συστήματα Fe-Cu και Fe-Mn. Πιστεύουμε ότι αυτά τα αποτελέσματα μπορούν να συμβάλουν στις μελλοντικές εξελίξεις στο σχεδιασμό Fe-X (X = Cu, Co, Mn) περιβαλλοντικά βιώσιμων έξυπνων μαγνητικών συστάδων ή επιχρισμάτων.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.