Spin excitations of individual Fe atoms on Pt(111): impact of the site-dependent giant substrate polarization
利用非弹性扫描隧道谱（ISTS）和基于密度泛函理论的模拟，我们证明了吸附在Pt（111）表面上的单个Fe原子的磁各向异性能的幅度和符号可以通过改变吸附原子的结合位点来控制.由于测得的各向异性的大小是非常小的，高达一个数量级小于以前报道的，电子-空穴激发是弱的，因此自旋激发表现出长寿命的进动寿命相比，发现在贵金属表面上相同的吸附原子的值。
2013-09-21 cond-mat.mes-hall
Quantum spins and hybridization in artificially-constructed chains of magnetic adatoms on a superconductor
表面上的磁性吸附原子链构成了迷人的量子自旋系统。超导衬底抑制与体电子激发的相互作用，但耦合的吸附原子自旋的亚间隙Yu-Shiba-Rusinov（YSR）准粒子链。利用扫描隧道显微镜，我们通过在超导NbSe $_2$上一个原子接一个原子地构建Fe链来研究这种相关的自旋费米子系统。吸附原子完全通过衬底耦合，保持其量子自旋性质。在二聚体中，我们观察到最深的YSR状态由于Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida相互作用而经历量子相变，这是量子自旋的独特特征。链表现出连贯的杂化和带形成的YSR激发，表明铁磁耦合。由于NbSe $_2$的电荷密度波序共存，较长的链形成单独的畴。尽管自旋轨道耦合基板，我们没有发现马约拉纳签名，可能是因为量子自旋拓扑超导性的参数范围减少。我们认为吸附原子链是研究相关电子物理及其与拓扑超导性相互作用的通用系统。
2022-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Design of Magnetic Textures of Ad-Nanocorrals with an Extra Adatom
结果表明，在反铁磁磁性吸附原子的开放或封闭围壁中，当施加磁场或与铁磁基底存在磁耦合时，单个额外吸附原子在围壁中的任何位置都会影响纳米系统的几何拓扑结构，并产生复杂的磁性结构.通过调节其位置的数量、额外吸附原子的位置或与铁磁衬底的耦合强度，可以将围栏的自旋配置调谐到非平面状态或平面非共线或亚铁磁状态。这表明了通过原子工程在畜栏中的任何地方而不仅仅是在边缘处利用原子生成非平凡磁性纹理的可能性。
2013-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Imprinting Ground State Chirality on Adatom Spins
本文提出通过将手性衬底与三个经典吸附原子自旋耦合，利用吸附原子非共面磁序中的自旋手性来探测掺杂陈绝缘体和手性超导体，并在谷极化双层石墨烯和d+id超导体中展示了定性不同的基态相图。
2024-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Metal adatoms on graphene and hexagonal boron nitride: Towards the rational design of self-assembly templates
金属衬底上周期性波纹状外延石墨烯和六方氮化硼（h-BN）被认为是纳米颗粒阵列自组装的前景模板。通过第一性原理计算，我们确定了金属原子在石墨烯和六方氮化硼表面的结合能和扩散激活势垒。所观察到的化学趋势可以理解的电荷转移和共价键之间的相互作用，涉及吸附原子d电子。我们进一步研究了金属基底的电子效应，发现基于石墨烯的周期性波纹模板与金属/石墨烯界面处的强相互作用相结合最适合于高度规则的纳米颗粒阵列的自组装。
2010-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Functionalizing Fe adatoms on Cu(001) as a nanoelectromechanical system
这项研究演示了如何一个单一的Fe原子吸附在Cu（001）的自旋量子动力学可以控制和操纵的振动附近的铜尖连接到一个纳米悬臂凭借动态磁各向异性。的复合系统的磁性能得到从\emph{ab initio}计算在完全放松的几何形状和原来是依赖于显着的尖端铁的距离，随着振动设置的变化。揭示和分析了能级布居、自旋动力学与驱动频率的相互关系以及与量子信息有关的量。
2017-06-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
The influence of adatom diffusion on the formation of skyrmion lattice in sub-monolayer Fe on Ir(111)
本文利用自旋极化扫描隧道显微镜研究Ir(111)上Fe单层中斯格明子晶格的形成，发现Fe吸附原子的扩散长度对斯格明子的形成起决定性作用，杂质密度低于0.006/nm2或低温30K下无斯格明子生成。
2023-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Noncollinear spin density of an adatom on a magnetic surface
我们证明了磁性表面上的单个吸附原子可以表现出非共线的自旋密度。用密度泛函理论研究了Co和Ir原子在具有非共线倾斜自旋结构的W（110）表面Mn单层膜上的吸附.由于与单层的最近和下一个最近的Mn原子的杂化，底层衬底的自旋方向被编码到吸附原子的轨道中。这解释了最近的扫描隧道显微镜实验，其显示吸附原子的自旋敏感形状不对称性[Serrate \emph{et al.}，Phys.Rev.B \textbf{93}，125424（2016）]，其证实了吸附原子的原子内非共线磁性。
2018-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interplay of magnetic states and hyperfine fields of iron dimers on MgO(001)
单个核自旋态可以具有非常长的寿命，并且可以用作量子比特。通过利用扫描隧道显微镜（STM）探测Fe、Ti和Cu吸附原子的超精细相互作用（HFI），在MgO/Ag（001）上取得了这方面的进展。在此之前，我们系统地量化从第一性原理的HFI为整个系列的3d过渡吸附原子（Sc-Cu）沉积在各种超薄绝缘体，建立的趋势计算的HFI相对于填充的磁性s-和d-轨道的吸附原子和与基板的结合。在这里，我们探索的情况下，二聚体通过调查的HFI和独立的Fe二聚体，单一的Fe吸附原子和二聚体上的双层MgO（001）的磁性状态之间的相关性。我们发现HFI的大小可以通过改变二聚体的磁性状态来控制。对于短的Fe-Fe距离，反铁磁态相对于铁磁态的HFI增强。通过增加磁性原子之间的距离，观察到向相反行为的转变。此外，我们证明了通过原子控制衬底上吸附原子的位置来大幅修改HFI的能力。我们的研究结果建立了通常的超精细哈密顿的适用范围的限制，我们提出了一个扩展的多重散射过程的基础上。
2022-02-01 cond-mat.mes-hall
Investigation of magnetic properties of $4f$-adatoms on graphene
本文基于DFT+$U$方法研究了石墨烯基底上$4f$原子的磁性，发现其具有由基底对称性决定的显著磁各向异性和强磁弹耦合，可通过外部应变控制磁态。
2023-09-27 cond-mat.mes-hall
Tuning a two-impurity Kondo system by a moiré superstructure
本研究通过调控Mn原子在MoS$_2$/Au(111)莫尔超结构上的位置与间距，实现了双杂质近藤系统的交换作用调谐，并发现单重态-三重态分裂对莫尔结构高度敏感，揭示自旋与多导电子通道的耦合。
2023-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Trends in the hyperfine interactions of magnetic adatoms on thin insulating layers
核自旋是量子信息技术的潜在候选者之一。最近的一项突破使得能够利用扫描隧道显微镜（STM）在单个原子内原子地解决它们与电子自旋的相互作用，即所谓的超精细相互作用。有趣的是，只有少数物种在两层厚的MgO上实现了这一点。在这里，我们系统地量化从第一性原理的超精细相互作用的整个系列的3d过渡吸附原子沉积在不同厚度的MgO，氟化钠，氯化钠，h-BN和铜$_2$ N膜。我们确定了最大的超精细相互作用的adatom-substrate复合物，并揭示了主要的趋势和例外。我们揭示了核心机制在发挥作用，如相互作用的局部键合几何形状和化学性质的薄膜，引发高和低自旋状态之间的转换伴随着微妙的内部重排的磁性电子。通过提供一个超精细相互作用的一般地图，我们的工作有直接的影响，在未来的STM调查，旨在检测和实现量子概念的核自旋。
2020-12-21 cond-mat.mes-hall
Graphene on the carbon face of SiC: electronic structure modification by hydrogen intercalation
已经表明，SiC（0001）（2{ \times }2）C表面上的第一C层已经表现出石墨烯样的电子结构，在狄拉克点附近具有线性π带。实际上，由于吸附原子/再平衡电荷转移机制，具有Si吸附原子和C再平衡结构的（2{ \times }2）C重构有效地钝化SiC（0001）表面。在这里，我们使用密度泛函理论计算来研究界面改性对石墨烯层的影响。我们考虑的修改是从扫描隧道显微镜观察到的原生界面缺陷的启发。每个4 { \times } 4 SiC单元（5 { \times } 5石墨烯单元）引入一个H原子，以使restatom悬挂键饱和并阻碍吸附原子/restatom电荷转移。因此，石墨烯层掺杂有来自衬底的电子，并且与吸附原子状态的相互作用略微增加。因此，原生界面缺陷可能在C终止的SiC衬底上的掺杂机制中发挥重要作用。我们还得出结论，一个有效的钝化的C面的SiC的H需要一个完整的去除重建。否则，与Si封端的SiC衬底不同，界面处H的存在将增加石墨烯/衬底相互作用。
2011-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spiral magnetic order and topological superconductivity in a chain of magnetic adatoms on a two-dimensional superconductor
研究了二维超导体上一维磁性吸附原子链的磁相和电子相。特别是，我们确认了沿磁链形成的子能隙Yu-Shiba-Rusinov（YSR）态组内存在“自组织”的1D拓扑非平凡超导相。这种相位是由磁链内的无公度螺旋相关稳定的，这种螺旋相关是由短程铁磁和长程反铁磁电子诱导交换相互作用之间的竞争引起的，类似于最近对3D超导体的研究[M. Schecter等人，Phys.Rev.B93，140503（R）2016]。沿对角线方向的交换相互作用也被认为是，发现显示行为类似于一个一维基板接近半填充时。我们表明，拓扑相图是强大的本地超导序参量抑制和弱衬底自旋轨道耦合。最后，我们研究了吸附原子之间的直接铁磁交换耦合的影响，发现在很宽的直接交换耦合范围内，相图中的螺旋序区域被显著扩大。
2016-10-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Control of magnetic interactions between surface adatoms via orbital repopulation
我们提出了一个可逆的机制转换海森堡型交换相互作用之间的沉积过渡金属吸附原子从铁磁性到反铁磁性。使用第一性原理计算，我们表明，这种机制可以实现钴原子的黑磷表面上，通过利用电控轨道再布居，最近证明了扫描探针技术[国家通讯。9，3904（2018）]。我们发现，场诱导的再布居不仅影响自旋态，而且引起吸附原子之间交换相互作用的显著改变，包括其符号。我们的模型分析表明，可变adatom-substrate杂交是一个关键因素，负责这种修改。我们进行非弹性隧穿特性的量子模拟，并讨论可能的方法来验证所提出的机制实验。
2020-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Longitudinal and transverse spin relaxation times of magnetic single adatoms: an ab initio analysis
本文对沉积在金属基底上的磁性单原子的纵向和横向自旋弛豫时间进行了系统的从头算研究。我们基于含时密度泛函理论的分析表明，纵向时间$T_{\parallel}$是飞秒量级，而横向时间$T_{\perp}$是皮秒量级，即$T_{\perp}\gg T_{\parallel}$。这是由于相应过程的能量标度不同：$T_{\parallel}$涉及eV级的自旋密度激发，而$T_{\perp}$由meV级的原子自旋激发控制。与现有的非弹性扫描隧道光谱$\mathrm{d}I/\mathrm{d}V$实验曲线的比较表明，$T_{\perp}$的数量级与我们的结果吻合得很好。关于$T_{\parallel}$，这里计算的时间尺度是几个数量级的速度比已经测量到现在为止，因此，我们建议，需要一个超快的激光脉冲测量技术，以访问在这项工作中描述的超快自旋动力学。
2017-08-01 cond-mat.mes-hall
Topological magnetism in diluted artificial adatom lattices
该研究提出一种自下而上的方法，在Nb(110)表面的稀释吸附原子晶格中创建拓扑磁性织构，通过微调吸附原子间距可出现此前无法获得的磁相，为研究拓扑磁性与超导性的相互作用提供了新平台。
2024-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum size effects in Pb layers with absorbed Kondo adatoms: Determination of the exchange coupling constant
本文研究了酞菁锰（MnPc）吸附在Si衬底上的Pb层上的磁相互作用。我们进行了从头计算的状态密度和近藤温度的函数的铅单层的数量。与实验数据的比较[Phys. Rev. Lett. 99，256601（2007）]然后允许我们确定吸附分子的自旋和Pb主体的自旋之间的交换耦合常数J。这种方法产生了一个通用的和可靠的方法来获得J，通过结合实验和数值计算结果。
2009-06-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Adsorption of Group-IV Elements on Graphene, Silicene, Germanene, Stanene: Dumbbell Formation
由周期性哑铃单元构成的硅烯和锗烯衍生物在这些蜂窝结构的多层膜中起着至关重要的作用。采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了IV族原子在石墨烯、硅烯、锗烯和锡烯单层蜂窝结构上的哑铃状吸附形成机制和能量学.的结合结构的稳定性进一步证实，通过在高温下进行从头计算分子动力学计算，除了锡烯，这是受吸附原子的吸附后的结构不稳定。根据吸附原子和基底的行数，我们发现了三种类型的结合结构，这些结构导致基底的电子、磁性和光学性质发生显着变化。特别地，Si、Ge和Sn吸附原子吸附在硅烯和锗烯上形成哑铃结构。此外，哑铃结构不仅出现在单层、单原子蜂窝结构上，而且出现在它们的化合物如SiC和SiGe上。我们表明，哑铃结构的迁移的能量势垒是低的，由于原子的协同作用。这使得哑铃在衬底上相当移动，以构建新的单层和多层Si和Ge相。
2014-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Eigenmodes and resonance vibrations of 2D nanomembranes -- Graphene and hexagonal boron-nitride
使用全原子模型模拟了悬挂的圆形石墨烯和六方氮化硼（h-BN）膜（位于具有半径为$R$的圆孔的平坦衬底上的单层片）的自然和共振振荡。使用由石墨和h-BN晶体的平坦表面、六方冰、碳化硅6 H-SiC和镍表面（111）形成的衬底。基底的存在导致在板的横向振动的频谱的底部形成间隙。膜的自然振荡的频率（振荡定位在片材的悬挂部分上）总是位于该间隙中，并且振荡的频率随着膜半径的增加而减小，如半径$R_i>0$的非零有效增加的$(R+R_i)^{-2}$。片材动力学的建模已经表明，小的周期性横向位移的基板导致谐振振动的膜的频率接近的本征频率的无节点振动的膜与圆对称。膜的共振振动的能量分布具有圆对称性和多个节圆，节圆的数目$i$与共振频率的数目一致。共振频率随着膜半径的增加而降低，如具有指数$α_i<2$的$(R+R_i)^{α_i}$。膜振动的非谐性导致共振频率降低的速率较低。
2021-01-25 cond-mat.mes-hall
Orbital selective and tunable Kondo effect of magnetic adatoms on graphene: Correlated electronic structure calculations
我们已经研究了动力学相关性对石墨烯单层上单个Co吸附原子的电子结构的影响，最近开发了一种新的纳米材料方法，该方法将密度泛函计算与强相互作用的3d电子的完全动力学处理相结合。Co 3d-壳层与石墨烯衬底的耦合以及因此的动态相关性强烈依赖于轨道对称性和系统参数（温度、吸附原子与石墨烯片的距离、栅极电压）。当发生近藤效应时，我们发现动力学关联在费米能级附近的Co 3d谱中产生强烈的温度依赖峰.此外，我们发现近藤效应可以通过施加栅极电压来调谐。事实证明，近藤峰的位置被钉在石墨烯的狄拉克点上，而不是化学势上。
2010-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Theory of spin dynamics of magnetic adatoms traced by time-resolved scanning tunneling spectroscopy
非弹性扫描隧道显微镜（STM）最近已被证明（Loth等人，Science 329，1628（2010））可扩展到访问磁性吸附原子和分子的纳秒、自旋分辨动力学。在这里，我们从理论上分析这种新的工具，考虑时间分辨的自旋动力学的单个吸附的铁原子激发的隧道电流脉冲从自旋极化STM针尖。通过在衬底和自旋极化STM针尖之间施加电压脉冲，可以控制和探测吸附原子的自旋构型。我们演示了如何，在一个泵探测的方式，样品自旋的弛豫动力学表现在自旋相关的隧穿电流。我们的模型计算是基于波包公式中的散射理论。该方案是非微扰的，因此，是有效的所有电压。的隧穿概率和电导的数值结果进行了对比与简单的分析模型的预测，并与实验进行了比较。
2012-03-29 cond-mat.mes-hall physics.atm-clus
Electron spin relaxation in graphene: the role of the substrate
发展了SiO $_2$衬底上石墨烯的电子自旋弛豫理论。衬底中的带电杂质和极性光学表面声子诱导了一个有效的随机Bychkov-Rashba-like自旋轨道耦合场，该耦合场通过D 'yakonov-Perel'机制导致自旋弛豫。分析估计和蒙特卡罗模拟表明，相应的自旋弛豫时间在微秒至毫秒之间，仅弱的温度依赖性。还有人认为，石墨烯上吸附原子的存在可能导致自旋寿命短于纳秒。
2009-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
A minimal model of inelastic tunneling of vibrating magnetic molecules on superconducting substrates
针对超导衬底上磁性分子振动激发数量远超普通金属的现象，本研究构建了用孤立分子前线轨道谱函数描述非弹性跃迁的最小模型，结合从头算参数，实现了与实验数据的良好吻合，且可便捷纳入多振动跃迁。
2025-01-13 cond-mat.mes-hall
Intrinsic and substrate induced spin-orbit interaction in chirally stacked trilayer graphene
我们提出了一种结合群论和紧束缚的方法来计算ABC堆叠三层石墨烯的内禀自旋轨道耦合（SOC）。我们发现，与单层石墨烯相比，需要考虑更大的d轨道（特别是d_{z^2}轨道）。我们还考虑了双层石墨烯中的本征SOC，因为我们的紧束缚双层结果与Ref. [40]也允许我们估计三层SOC参数的值。我们还讨论了当衬底或吸附原子仅在双层或ABC三层石墨烯的一层中诱导强SOC的情况。对于内禀和外生SOC的情况下，我们推导出有效的哈密顿描述低能自旋轨道物理。我们发现，在K点的布里渊区的Bychkov-Rashba型SOC的效果被抑制在双层和ABC三层石墨烯相比，单层石墨烯。
2013-01-15 cond-mat.mes-hall
Phonons in a Nanoparticle Mechanically Coupled to a Substrate
孤立的纳米级固体的振动模式的离散性质显着修改其低能量电子和声子动力学从大块晶体。然而，纳米晶体通常耦合-即使只有微弱的-到由其他纳米晶体，支持矩阵，或固体衬底组成的环境，这种环境相互作用将修改在低频的振动特性。在本文中，我们研究了绝缘球形纳米粒子的振动模式的修改所造成的弱{ \it机械}耦合到一个半无限衬底。体衬底的声子充当谐振子的浴，并且与该储层的耦合移动并加宽纳米颗粒的模式。通过求解声子传播子的Dyson方程得到了纳米粒子的振动态密度，我们发现环境相互作用在低频下尤其重要。作为一个探针的修改的声子谱，我们考虑非辐射能量弛豫的本地化的电子杂质态的纳米粒子，与实验的良好协议。
2002-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Vibrational Energy Dissipation in Non-Contact Single-Molecule Junctions Governed by Local Geometry and Electronic Structure
研究提出结合密度泛函理论、机器学习和非绝热分子动力学解析非接触单分子结振动动力学，揭示了CO功能化Cu表面振动模式特异性及电声与声声子耦合的非加性效应，预测寿命与实验一致。
2025-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum Yu-Shiba-Rusinov dimers
超导衬底上的磁性吸附原子随着与传导电子交换耦合的增加而发生量子相变。对于量子自旋，这种跃迁伴随着吸附原子自旋的屏蔽。在这里，我们探讨这种筛选的相图和subgap激发光谱的磁性吸附原子的二聚体的杂交的Yu-Shiba-Rusinov状态和自旋-自旋相互作用的后果。我们特别考虑了更高的自旋，单离子各向异性，Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida耦合，以及与过渡金属和稀土系统相关的Dzyaloshinsky-Moriya相互作用。我们的灵活的方法的基础上的零带宽近似提供了详细的物理见解，并在良好的定性协议与可用的数值-重整化群计算单体和二聚体。值得注意的是，我们发现，即使在大的杂质自旋或强单离子各向异性的限制，量子自旋的二聚体的相图仍然是定性不同的基于经典自旋的相图，突出了量子Yu-Shiba-Rusinov二聚体理论的必要性。
2022-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Segregation growth and self-organization of ordered S atomic superlattices confined at interface between graphene and substrates
表面原子尺度的有序超晶格无论在基础科学还是在高科技领域都有着巨大的应用价值。然而，控制超晶格的制造到原子尺度已经证明是非常具有挑战性的。在这里，我们展示了在石墨烯和富S铜衬底之间的界面处的有序的S原子超晶格的偏析生长和自组织。扫描隧道显微镜（STM）研究表明，通过精细控制生长温度，我们获得了有序的S（亚）纳米团簇超晶格和界面处具有不同周期的单原子超晶格。这些原子超晶格在大气环境中是稳定的，即使在高温退火（~ 350 ℃）后也是稳定的。我们的实验表明，当S原子的周期与石墨烯晶格的周期相当时，S单原子超晶格可以驱动石墨烯进入电子凯库勒畸变相.我们的结果不仅为在界面上实现原子尺度的超晶格开辟了道路，而且为在石墨烯中实现奇异电子态提供了一条新的途径。
2018-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon Spectrum in a Nanoparticle Mechanically Coupled to a Substrate
我们计算的振动态密度的绝缘纳米粒子，是在弱机械接触的半无限基板。这项工作的动机是由杨等人最近的一项实验，其中测量了掺杂Eu的Y2O3纳米颗粒的低能声子态密度。基于声子传播子的常规准粒子极近似，本文给出的初步结果与实验符合得很好。
2001-06-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
