Rational design of new materials for high-efficiency spintronics

Abstract

Bu çalışma, Formamidinyum Kurşun Triiyodür (FAPbI₃) yapısında kurşun (Pb) atomlarının geçiş metalleri ve nadir toprak elementleriyle değiştirilmesiyle yapısal, elektronik ve manyetik özelliklerin incelenmesini amaçlamaktadır. Çalışma kapsamında, yakın komşu (NN), üçüncü yakın komşu (TNN), bizmut katkılı TNN (Bi-TNN) ve platin katkılı TNN (Pt-TNN) etkileşimlerini içeren çeşitli konfigürasyonlar oluşturulmuştur. Öncelikle, katkılanmış konfigürasyonlar için geometri optimizasyonları gerçekleştirilmiş, ardından tek nokta enerji hesaplamaları yapılmıştır. Daha sonra, sistemlerin manyetik davranışlarını incelemek amacıyla non-collinear (NCL) manyetik hesaplamalar uygulanmıştır. NCL hesaplamaları, bu çalışmanın temel amacı olan spintronik uygulamalara yönelik manyetik malzeme analizleri için kritik bir rol oynamıştır. Tüm hesaplamalar Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi (DFT) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çalışma, formasyon enerjileri, exchange enerjileri, hacim değişimleri, yük yoğunluğu farkları (CDD) ve kısmi durum yoğunlukları (PDOS) gibi parametrelerin değerlendirilmesini içermektedir. Bu analizler, katkılanmış malzemelerin yapısal, elektronik ve manyetik özelliklerine dair ayrıntılı bir anlayış sağlamıştır. Ayrıca, katkı maddelerinin kafesin kararlılığı ve davranışı üzerindeki etkileri değerlendirilmiş ve elde edilen bulgular temel alınarak potansiyel uygulama alanları önerilmiştir.

This study investigates the structural, electronic, and magnetic properties of Formamidinium Lead Triiodide (FAPbI₃) doped with selected transition metals and rare-earth elements, replacing lead (Pb) atoms in the lattice. Various configurations were created, including nearest-neighbor (NN), third-nearest-neighbor (TNN), bismuth-doped TNN (Bi-TNN), and platinum-doped TNN (Pt-TNN) interactions. Initially, geometry optimizations were performed for the doped configurations, followed by single-point energy calculations. Subsequently, non-collinear (NCL) magnetic calculations were conducted to investigate the magnetic behavior of the systems. NCL calculations played a key role in achieving the primary objective of this study: analyzing magnetic materials for spintronic applications. All calculations were performed using Density Functional Theory (DFT). The study included evaluations of formation energies, exchange energies, volume changes, charge density differences (CDD), and partial density of states (PDOS). These analyses provided a detailed understanding of the structural, electronic, and magnetic properties of the doped materials. Additionally, the influence of dopants on the lattice’s stability and behavior was assessed, and potential application areas were suggested based on the findings.