Magnetic response of triangular graphone
DOI:
https://doi.org/10.17072/1994-3598-2018-3-65-72Keywords:
graphone, magnetization response, spin wavesAbstract
We consider triangular graphone structure – a semi-hydrogenated layer of graphene with hydrogen atoms boned to one of its sub-lattices only. The response function of graphone to an external magnetic field is evaluated in general using the Heisenberg Hamiltonian model of the structure with exchange energy coefficient J0 of unknown value (negative due to ferromagnetic behaviour of triangular graphone). The spin wave approach in the limit of near zero temperature is used for the description of the magnetisation. A specific case when the graphone is exposed to a magnetic pulse with a given carrier frequency is examined in greater depth. To obtain the magnetization response, integration over both the frequency space and momentum space is necessary. Due to inapplicability of the isotropic approximation for the given geometry of graphone, integration over momentum space is performed numerically. The calculations show that the resonance of the system occurs at frequencies which correspond to the upper limit of the spin wave energy band and the saddle points of the energy surface. Using these results, further experimental investigation based on THz or far-infrared spectroscopy can be performed, which can determine the as-yet-unknown exchange energy coefficient J0. The coefficient can in turn provide an estimate of a temperature range for which the spin wave approach utilised in our investigation is valid.References
Castro Neto A.H., Guinea F., Peres N. M. R., Novoselov K. S., Geim A. K. The electronic properties of graphene. Reviews of Modern Physics, 2009, vol. 81, no. 109. DOI: 10.1103/RevModPhys.81.109
Geim A. K., Novoselov K. S. The rise of graphene. Nature Materials, 2007, vol. 6, pp. 183–191. DOI: 10.1038/nmat1849
Geim A. K. Graphene: status and prospects. Science, 2009, vol. 324, 5934, pp. 1530–1534. DOI: 10.1126/science.1158877
Saremi S. RKKY in half-filled bipartite lattice: graphene as an example. Physical Review B, 2007, vol. 76, 184430. DOI: 10.1103/PhysRevB.76.184430
Britnell L., Gorbachev R. V., Jalil R. et al. Field-effect tunneling transistor based on vertical graphene heterostructures. Science, 2012, vol. 335, no. 6071, pp. 947–950. DOI: 10.1126/science.1218461
Sorella S., Tosatti E. Semimetal-Insulator transition of the Hubbard model in the honeycomb lattice. Europhysics Letters, 1992, vol. 19, no. 8, pp. 699–704. DOI: 10.1209/0295-5075/19/8/007
Hemmatiyan S., Polini M., Abanov A. et al. Stable path to ferromagnetic hydrogenated graphene. Physical Review B, 2014, vol. 90, 035433. DOI: 10.1103/PhysRevB.90.035433
Boukhvalov D. W., Katsnelson M. I. Chemical functionalization of graphene. Journal of Physics: Condensed Matter, 2009, vol. 21, 344205. DOI: 10.1088/0953-8984/21/34/344205
Brar V. W., Decker R., Solowan H. et al. Gate-controlled ionization and screening of cobalt adatoms on a graphene surface Nature Physics, 2011, vol. 7, pp. 43–47. DOI: 10.1038/NPHYS1807
Eelbo T., Waśniowska M., Gyamfi M. et al. Influence of the degree of decoupling of graphene on the properties of transition metal adatoms. Physical Review B, 2013, vol. 87, 205443. DOI: 10.1103/PhysRevB.87.205443
Kogan E. RKKY interaction in gapped or doped graphene. Graphene, 2013, vol. 2, no. 1, pp. 8–12. DOI: 10.4236/graphene.2013.21002
Zhou J., Wang Q., Sun Q., Chen X. S., Kawazoe Y., Jena P. Ferromagnetism in semihydrogenated graphene sheet Nano Letters, 2009, vol. 9, no. 11, pp. 3867–3870. DOI: 10.1021/nl9020733
Podlivaev A. I., Openov L. A. On the thermal stability of graphone. Semiconductors, 2011, vol. 45, no. 7, pp. 958–961. DOI: 10.1134/S1063782611070177
Feng L., Zhang W. X. The structure and magnetism of graphone. AIP Advances, 2012, vol. 2, 042138. DOI: 10.1063/1.4766937
Kharche N., Nayak S. K. Quasiparticle band gap engineering of graphene and graphone on hexagonal boron nitride substrate. Nano Letters, 2011, vol. 11, no. 12, pp. 5274–5278. DOI: 10.1021/nl202725w
Boukhvalov D. W. Stable antiferromagnetic graphone. Physica E, 2010, vol. 43, pp. 199–201. DOI: 10.1016/j.physe.2010.07.015
Deacon R. S., Chuang K.-C., Nicholas R. J. et al. Cyclotron resonance study of the electron and hole velocity in graphene monolayers. Physical Review B, 2007, vol. 76, 081406. DOI: 10.1103/PhysRevB.76.081406
Holstein T., Primakoff H. Field dependence of the intrinsic domain magnetization of a ferromagnet. Physical Review, 1940, vol. 58, no. 1098. DOI: 10.1103/PhysRev.58.1098
Zubarev D. N. Double-time Green functions in statistical physics. Soviet Physics Uspekhi, 1960, vol. 3, pp. 320–345. DOI: 10.1070/PU1960v003n03ABEH003275
Rudenko A. N., Keil F. J., Katsnelson M. I., Lichtenstein A. I. Exchange interactions and frustrated magnetism in single-side hydrogenated and fluorinated graphene.Physical Review B, 2013, vol. 88, 081405(R). DOI: 10.1103/PhysRevB.88.081405
Mazurenko V. V., Rudenko A. N., Nikolaev S. A., Medvedeva D. S., Lichtenstein A. I., Katsnelson M. I. Role of direct exchange and Dzyaloshinskii–Moriya interactions in magnetic properties of graphene derivatives: C2F and C2H. Physical Review B, 2016, vol. 94, 214411. DOI: 10.1103/PhysRevB.94.214411
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Автор предоставляет Издателю журнала (Пермский государственный национальный исследовательский университет) право на использование его статьи в составе журнала, а также на включение текста аннотации, полного текста статьи и информации об авторах в систему «Российский индекс научного цитирования» (РИНЦ).
Автор даёт своё согласие на обработку персональных данных.
Право использования журнала в целом в соответствии с п. 7 ст. 1260 ГК РФ принадлежит Издателю журнала и действует бессрочно на территории Российской Федерации и за её пределами.
Авторское вознаграждение за предоставление автором Издателю указанных выше прав не выплачивается.
Автор включённой в журнал статьи сохраняет исключительное право на неё независимо от права Издателя на использование журнала в целом.
Направление автором статьи в журнал означает его согласие на использование статьи Издателем на указанных выше условиях, на включение статьи в систему РИНЦ, и свидетельствует, что он осведомлён об условиях её использования. В качестве такого согласия рассматривается также направляемая в редакцию справка об авторе, в том числе по электронной почте.
Редакция размещает полный текст статьи на сайте Пермского государственного национального исследовательского университета: http://www.psu.ru и в системе OJS на сайте http://press.psu.ru
Плата за публикацию рукописей не взимается. Гонорар за публикации не выплачивается. Авторский экземпляр высылается автору по указанному им адресу.
