Investigación

 

Size effects on the magnetism of vanadium clusters

 

E.M. Sosa-Hernández^a, P.G. Alvarado-Leyva^b, J.M. Montejano-Carrizales^c, and F. Aguilera-Granja^c

 

^a Departamento de Matemáticas Aplicadas, Facultad de Contaduría y Administración, Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Álvaro Obregón 64, 78000 San Luis Potosí, S.L.P., México

^b Departamento de Física, Facultad de Ciencias, Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Álvaro Obregón 64, 78000 San Luis Potosí, S.L.P., México

^c Instituto de Física, "Manuel Sandoval Vallarta", Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Álvaro Obregón 64, 78000 San Luis Potosí, S.L.P., México

 

Recibido el 10 de diciembre de 2002
Aceptado el 25 de junio de 2003

 

Abstract

The magnetism of free vanadium clusters (V_N, 2 ≤ N ≤ 169) with a bcc-like structure is studied using a d electron tight binding Hamil-tonian. The spin polarized density of states is calculated self-consistently in the unrestricted Hartree-Fock approximation. We have found that the free V clusters shown different magnetic behavior depending on their size. Results for the local magnetic moments, µ_i, average magnetic moment, ū, and the magnetic order at T = 0 are obtained as a function of N. For the V_N clusters ū varies as a function of N due to the interplay between the changes in coordination number and local environment; for N ≤ 4 the ground state is ferromagnetic whereas for N ≥ 9 the ground state is mainly antiferromagnetic in agreement with ab initio and tight binding calculations, respectively. In the case of large size clusters the local magnetic moments of most of the internal atomic shells vanish to avoid local frustrations leading the system in this way to very small magnetic moment as the cluster size increases.

Keywords: Local magnetic moments; magnetic order; compiting magnetic interactions.

 

Resumen

Se estudia el magnetismo de cúmulos libres de vanadio (V_N, 2 ≤ N ≤ 169) con estructura bcc usando un hamiltoniano de amarre fuerte considerando solo electrones tipo d. La densidad de estados de espín se calcula de forma auto-consistente dentro de la aproximación no-restringida de Hartree-Fock. Encontramos que los cúmulos libres de vanadio presentan comportamientos magnéticos muy diferentes dependiendo del tamaño. Resultados para el momento local, µ_i, la magnetización promedio, ū, y el orden magnético a T = 0, se obtienen como función del tamaño N. En los cúmulos de vanadio ū varia como función del tamaño debido a la interrelación entre la coordinación y el entorno local; para N ≤ 4 el estado base es ferromagnético, mientras que para N ≥ 9 el estado base es primordialmente antiferromagnético, en concordancia con cálculos ab initio y de amarre fuerte, respectivamente. En el caso de cúmulos grandes los momentos magnéticos locales de las capas internas se desvanecen para evitar la frustración, conduciendo de esta manera a valores muy pequeños del momento magnético en los cúmulos al aumentar su tamaño.

Descriptores: Momentos magnéticos locales; orden magnético; competencia entre interacciones magnéticas.

 

PACS: 36.40.Cg; 75.50.-y; 61.46.+w

 

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Acknowledgments

We acknowledge to the CONACyT (Mexico) proposal 2003. One of us (FAG) acknowledges to FONDECyT Chile Grant 7010511.

 

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