Вплив магнітних та обмінних полів на теплові властивості моношарів силіцену
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe71.6.536Ключові слова:
силiцен, 2D наноматерiали, ефект обмiнного поля, тепловi властивостi, теплоємнiсть, ентропiяАнотація
У дослiдженнi аналiзується гамiльтонiан Дiрака, що описує електрон у моношарi силiцену, – двовимiрному наноматерiалi, який перебуває пiд впливом зовнiшнього електричного й магнiтного полiв. Гамiльтонiан мiстить член, пов’язаний з ефектом обмiнного поля, що виникає через близькiсть шару феромагнетного матерiалу. Спектр власної енергiї отримано як функцiю вiдповiдних фiзичних параметрiв шляхом прямої дiагоналiзацiї матрицi гамiльтонiана. Систематично дослiджено залежнiсть спектрiв рiвнiв Ландау вiд магнетного й електричного полiв та iндукованого обмiнного поля. Крiм того, дослiджено середню статистичну енергiю моношарiв силiцену й графену як функцiю напруженостi магнетного й електричного полiв i температури. Також дослiджено вплив обмiнного поля на середню статистичну енергiю гiбридної структури силiцен/феромагнетик. Тепловi властивостi, включно з теплоємнiстю й ентропiєю, аналiзуються як функцiї магнетного й електричного полiв, обмiнного поля й температури – як для моношарiв силiцену, так i для графену. Такий комплексний аналiз дає уявлення про вплив зовнiшнiх полiв на характернi властивостi матерiалу й теплову поведiнку цих двовимiрних систем.
Посилання
1. S. Bayda, M. Adeel, T. Tuccinardi, M. Cordani, F. Rizzolio. The history of nanoscience and nanotechnology: From chemical-physical applications to nanomedicine. Molecules 25, 112 (2020).
https://doi.org/10.3390/molecules25010112
2. V. Pokropivny, R. Lohmus, I. Hussainova, A. Pokropivny, S. Vlassov. Introduction to Nanomaterials and Nanotechnology, Vol. 1 (Tartu University Press, 2007).
3. M. Dendisová, A. Jeništová, A. Parchaňská, P. Matejka, V. Prokopec, M. Švecová. The use of infrared spectroscopic techniques to characterize nanomaterials and nanostructures: A review. Anal. Chim. Acta 1031, 1 (2018).
https://doi.org/10.1016/j.aca.2018.05.046
4. J.F. Sierra et al. Room-temperature anisotropic in-plane spin dynamics in graphene induced by PdSe2 proximity. Nat. Mater. 24, 876 (2025).
https://doi.org/10.1038/s41563-024-02109-2
5. W. Gao, X. Shi, Y. Qiao, M. Yu, H. Yin. Strain-dependent near-zero and negative Poisson ratios in a two-dimensional (CuI)P4Se4 monolayer. Phys. Rev. B 109, 075402 (2024).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.109.075402
6. R. Houça, A. Jellal. Thermodynamic properties of graphene in a magnetic field and Rashba coupling. Phys. Scr. 94, 105707 (2019).
https://doi.org/10.1088/1402-4896/ab2f0e
7. C.J. Tabert, E.J. Nicol. Magneto-optical conductivity of silicene and other buckled honeycomb lattices. Phys. Rev. B - Cond. Matter and Mater. Phys. 88, 085434 (2013).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.88.085434
8. I. Ahmed, M. Tahir, K. Sabeeh. Electronic transport in silicene anti-dot lattices. arXiv:1402.6113 [cond-mat.mes-hall] (2014).
9. K. Mirabbaszadeh, M. Yarmohammadi, J. Khodadadi. Spin magnetic susceptibility of ferromagnetic silicene in the presence of Rashba spin-orbit coupling. AIP Adv. 7, 035211 (2017).
https://doi.org/10.1063/1.4978052
10. F. Escudero, J.S. Ardenghi, P. Jasen. Magnetic oscillations in silicene. J. Magn. Magn. Mater. 454, 131 (2018).
https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2018.01.060
11. P. Vogt, P. de Padova, C. Quaresima, J. Ávila, E. Frantzeskakis, M.C. Asensio, A. Resta, B. Ealet, G. Le Lay. Silicene: Compelling experimental evidence for graphene-like two-dimensional silicon. Phys. Rev. Lett. 108, 155501 (2012).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.108.155501
12. M. Tahir, K. Sabeeh, U. Schwingenschlögl. Quantum capacitance of an ultrathin topological insulator film in a magnetic field. Sci. Rep. 3, 1075 (2013).
https://doi.org/10.1038/srep01261
13. C. Cao, M. Wu, J. Jiang, H.P. Cheng. Transition metal adatom and dimer adsorbed on graphene: Induced magnetization and electronic structures. Phys. Rev. B - Cond. Matter and Mater. Phys. 81, 205424 (2010).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.81.205424
14. L. Li, S.Z. Lu, J. Pan, Z. Qin, Y.Q. Wang, Y. Wang, G.Y. Cao, S. Du, H.J. Gao. Buckled germanene formation on Pt(111). Adv. Mater. 26, 4820 (2014).
https://doi.org/10.1002/adma.201400909
15. M.E. Dávila, L. Xian, S. Cahangirov, A. Rubio, G. Le Lay. Germanene: a novel two-dimensional germanium allotrope akin to graphene and silicene. New J. Phys. 16, 95002 (2014).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/16/9/095002
16. F.F. Zhu, W.J. Chen, Y. Xu, C.L. Gao, D.D. Guan, C.H. Liu, D. Qian, S.C. Zhang, J.F. Jia. Epitaxial growth of two-dimensional stanene. Nat. Mater. 14, 1020 (2015).
https://doi.org/10.1038/nmat4384
17. S. Jomehpour Zaveh, M.R. Rezaee Roknabadi, T. Morshedloo, M. Modarresi. Electronic and thermal properties of germanene and stanene by first-principles calculations. Superlattices Microstruct. 91, 383 (2016).
https://doi.org/10.1016/j.spmi.2016.01.033
18. K. Takeda, K. Shiraishi. Theoretical possibility of stage corrugation in Si and Ge analogs of graphite. Phys. Rev. B 50, 14916 (1994).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.50.14916
19. T. Aftab. Valleytronics and phase transition in silicene. Phys. Lett. 381, 935 (2017).
https://doi.org/10.1016/j.physleta.2017.01.020
20. Z. Ni, Q. Liu, K. Tang, J. Zheng, J. Zhou, R. Qin, Z. Gao, D. Yu, J. Lü. Tunable bandgap in silicene and germanene. Nano Lett. 12, 113 (2012).
https://doi.org/10.1021/nl203065e
21. A. Alhaj Ali, A. Shaer, M. Elsaid. Simultaneous effects of Rashba, magnetic field and impurity on the magnetization and magnetic susceptibility of a GaAs-semiconductor quantum ring. J. Magn. Magn. Mater. 556, 169435 (2022).
https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2022.169435
22. M.K. Elsaid, M. Al-Nafaa, S. Zugail. The energy eigenvalues of the quantum dot helium using the shifted 1/N expansion method. Dirasat, Pure Sci. 36, 1 (2009).
23. M. Elsaid, A. Shaer, E. Hjaz, M.H. Yahya. Impurity effects on the magnetization and magnetic susceptibility of an electron confined in a quantum ring under the presence of an external magnetic field. Chinese J. Phys. 64, 9 (2020).
https://doi.org/10.1016/j.cjph.2020.01.002
24. A. Shaer, M.K. Elsaid, M. Elhasan. The magnetic properties of a quantum dot in a magnetic field. Turkish J. Phys. 40, 209 (2016).
https://doi.org/10.3906/fiz-1510-4
25. M. Elsaid, E. Hijaz. Magnetic susceptibility of coupled double gaas quantum dot in magnetic fields. Acta Phys. Pol. A 131, 1491 (2017).
https://doi.org/10.12693/APhysPolA.131.1491
26. F. Bzour, M. Elsaid, K.F. Ilaiwi. The effects of pressure and temperature on the energy levels of a parabolic two-electron quantum dot in a magnetic field. J. King Saud Univ. Sci. 30, 83 (2018).
https://doi.org/10.1016/j.jksus.2017.01.001
27. F. Bzour, M.K. Elsaid, A. Shaer. The effects of pressure and temperature on the magnetic susceptibility of semiconductor quantum dot in a magnetic field. App. Phys. Res. 9, 77 (2017).
https://doi.org/10.5539/apr.v9n1p77
28. C.J. Tabert, E.J. Nicol. Valley-spin polarization in the magneto-optical response of silicene and other similar 2D crystals. Phys. Rev. Lett. 110, 197402 (2013).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.110.197402
29. X.J. Qiu, Y.F. Cheng, Z.Z. Cao, J.M. Lei. Charge and efficient spin-valley polarization conductances in ferromagnetic silicene. J. Phys. D: Appl. Phys. 48, 465105 (2015).
https://doi.org/10.1088/0022-3727/48/46/465105
30. S.K. Wang, J. Wang. Spin and valley filter in strain engineered silicene. Chinese Phys. B 24, 037202 (2015).
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
