Magnetic nature and hyperfine interactions of transition metal atoms adsorbed on ultrathin insulating films: a challenge for DFT

文献情報

出版日 2022-06-15
DOI 10.1039/D2CP01224C
インパクトファクター 3.676
著者

Sergio Tosoni, Gianfranco Pacchioni


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要旨

The magnetic ground state and the hyperfine coupling parameters of some first-row transition metal (TM) atoms (Ti, Cr, Mn, Fe, Co, and Ni) adsorbed on ultrathin insulating oxide films are studied by means of DFT calculations. The results obtained using GGA, screened hybrid, and GGA+U functionals are compared for TMs adsorbed on free-standing MgO(100). Then, the case of adsorption on MgO mono- and bilayers supported on Ag(100) is studied using GGA+U. Along with the problematic aspects inherent to the calculation of hyperfine coupling constants, a critical dependence on the magnetic state and electron configuration of the TM is reported, which implies a real challenge for the state-of-the-art DFT methods. In the cases where all functionals considered provide a coherent magnetic and electron configuration, however, the calculated hyperfine parameters do not depend significantly on the choice of the functional. In this respect, the role of the metal support in the hyperfine coupling constants is highly system-dependent and becomes crucial in all cases where the support modifies the oxidation state of the adatom, induces a change in the bonding site or simply induces a rearrangement of the orbital energy diagram. This has important implications for the modelling of single TM atoms deposited on insulating ultrathin films supported on metals for application in quantum technologies or as memory devices.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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