Структурные, электронные и магнитные свойства хиральных нанотрубок, инкапсулированных линейной цепочкой железа

Abstract

Методами теории функционала плотности впервые выполнены расчеты электронной структуры хиральных нанотрубок семейства (n,n/2), инкапсулированных линейной цепочкой атомов Fe. При инкапсулировании изначально полупроводниковых нанотрубок Fe₅@(4,2), Fe₅@(6,3) и Fe₅@(8,4) цепочкой атомов железа все нанотрубки становятся металлическими. В структуре Fe₅@(8,4) проводит только цепочка железа. Во всех рассмотренных нанотрубках сохраняется большая энергия магнитной анизотропии, характерная для свободной линейной цепочки атомов железа. С ростом хирального индекса n магнитный момент на атоме железа меняется немонотонно, так что для нанотрубки Fe₅@(6,3) магнитный момент достигает величины магнитного момента свободной линейной цепочки атомов железа.

Методами теорії функціонала щільності вперше виконано розрахунки електронної структури хіральних нанотрубок сімейства (n,n/2), інкапсульованих лінійним ланцюжком атомів Fe. При інкапсулюванні первісно напівпровідникових нанотрубок Fe₅@(4,2), Fe₅@(6,3) та Fe₅@(8,4) ланцюжком атомів заліза усі нанотрубки стають металевими. У структурі Fe₅@(8,4) проводить тільки ланцюжок заліза. В усіх розглянутих нанотрубках зберігається велика енергія магнітної анізотропії, характерна для вільного лінійного ланцюжка атомів заліза. Із зростанням хірального індексу n магнітний момент на атомі заліза змінюється немонотонно, так що для нанотрубки Fe₅@(6,3) магнітний момент досягає величини магнітного моменту вільного лінійного ланцюжка атомів заліза.

Density functional calculations of the electronic structure of a Fe linear chain encapsulated inside single-wall chiral carbon nanotubes with the chiral indices (n,n/2) were performed for the first time. It is found that initially semiconducting nanotubes with Fe₅@(4,2), Fe₅@(6,3) and Fe₅@(8,4) become conductive after the encapsulation. In the case of Fe₅@(8,4) only the iron chain is conductive. High magnetic anisotropy remains almost similar to that of a single chain of iron atoms for all nanotubes under consideration. As the chiral index n is increased the magnetic moment on iron varies nonmonotonically, so that for the nanotube with Fe₅@(6,3) it reaches the magnitude of the magnetic moment in the single linear chain of iron atoms.