Природа стабильных и метастабильных состояний электронной структуры вакансионных нитей на поверхности карбида кремния

С. А. Кукушкин, А. В. Осипов

Институт проблем машиноведения РАН, Санкт-Петербург, Россия

Аннотация: Методом функционала плотности исследована система, содержащая кремниевые вакансии на поверхности карбида кремния 3C-SiC. Показано, что исходное состояние системы с нулевым магнитным моментом является метастабильным. Атом Si на вакансионной нити является сильным центром притяжения электронов, несмотря на их кулоновское отталкивание. Поэтому электрону с ослабленного атома углерода в связи C–C выгодно туннелировать на атом кремния в связи Si–C и тем самым уменьшить ее длину с 1.96 до 1.92 $\mathring{\mathrm{A}}$. Релаксация упругой энергии связи Si–C обеспечивает уменьшение общей энергии на 0.29 eV. Электрон при туннелировании меняет свой спин на противоположный, удваивая общий магнитный момент. Тем самым в системе реализуется отрицательная корреляционная энергия электронов Хаббарда (negative-U). При наличии внешнего магнитного поля электроны могут туннелировать по любому замкнутому контуру из вакансионных нитей, обеспечивая диамагнетизм данного материала.

Ключевые слова: карбид кремния, кремниевые вакансии, отрицательная корреляционная энергия, магнитный момент, negative-U, диамагнетизм.

Поступила в редакцию: 20.10.2025
Исправленный вариант: 14.11.2025
Принята в печать: 15.11.2025

DOI: 10.61011/PJTF.2026.05.62337.20538