Transporte de carga y espín en materiales antiferromagnéticos colineales

Abstract

En el presente trabajo se realiza un análisis de simetrías, y se estudian las propiedades electrónicas, magnéticas y de transporte de los compuestos Mn5Siз y LaCrO3 en la fase ortorrómbica partir de cálculos de primeros principios. Los efectos de intercambio y correlación electrónica son estudiados utilizando el funcional en la aproximación del gradiente generalizado (GGA) de Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE), en el marco de la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT). Para llevar a cabo este estudio inicialmente se determinaron las energías totales de los compuestos Mn5Si3 y LaCrO3 sin y con acoplamiento espín orbita (SOC) para los estados no magnético (NM), ferromagnético (FM) y antiferromagnético colineal (AFM) usando posiciones atómicas experimentales. Las direcciones del espín se definieron con respecto a los ejes de coordenadas (x, y, z) (correspondientes a las direcciones cristalográficas [100], [010] y [001] respectivamente). Los resultados indican que el orden AFM colineal es la estructura magnética más estable con y sin interacción SOC para ambos compuestos. Seguidamente se calculan las propiedades electrónicas y magnéticas del Mn5Si3 y LaCrOз. Para los dos compuestos, el cálculo de la densidad de estados (DOS) se realizó sin SOC. Para el Mn5Si3 se calculó la densidad de estados total (TDOS), y la densidad de estados parcial (PDOS) de los orbitales 3d-Mn, 3p-Mn, 4s-Mn, 3p-Si y 3s-Si. Mientras que para el LaCrO3 se calculó la PDOS para los estados 3d-Cr y 2p-O. Por otra parte, los Cálculos de la estructura de bandas y densidad de carga se realizaron con y sin SOC. Para LaCrO3 la estructura de bandas sin SOC presenta estados dos y cuatro veces degenerados (línea nodal de Dirac (DNL)), mientras que para el Mn5Si3 presenta estados, dos, cuatro y ocho veces degenerados. Con SOC se generan desdoblamientos en las bandas de energía. Sin embargo, algunos caminos de alta simetría preservan la degeneración de las bandas debido a la combinación de simetrías no simórficas. Finalmente, se calculó la conductividad Hall anómala para el LaCrOз y conductividad Hall de espín para el Mn5Si3 por medio de la curvatura de Berry y la curvatura de Berry de espín respectivamente, obtenidas con las funciones de Wannier. Según nuestros hallazgos, la respuesta de conductividad Hall de espín para el Mn5Si3 y conductividad Hall anómala para el LaCrOз es el resultado de la presencia de estados anti-cruce de energía (brechas energéticas muy pequeñas) en líneas y planos de alta simetría de la primera zona de Brillouin. La formación de estos estados se induce por la presencia del SOC en el sistema y dan lugar a señales considerables en la curvatura de Berry que se traducen en valores considerables de la conductividad de estos materiales antiferromagnéticos colineales. Todo lo mostrado anteriormente convierte a los antiferromagnetos colineales Mn5Siз y LaCrOз en materiales de gran interés para aplicaciones en dispositivos espintrónicos.