We investigate from first principles the electronic and transport properties of zigzag graphene nanoribbons in the presence of Co adatoms. Comparing different adsorption sites across the width, we find that the Co–C coupling is rather sensitive to the local environment. While a net spin polarization appears in all cases, the spin filtering effect is significantly enhanced when the Co adatom is at the edge, where the adsorption energy is maximized and a partial suppression of edge-associated transport channels occurs. We also probe the magnetic interaction in the nonbonding regime, for Co-graphene nanoribbon (GNR) distances ranging from adsorption to π-π typical configurations. Our results indicate that Co-GNR coupling is still appreciable in an intermediate range, whereas it becomes vanishingly small in the limit of π-π distances.

1.
C. L.
Kane
and
E. J.
Mele
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
226801
(
2005
).
2.
D.
Huertas-Hernando
,
F.
Guinea
, and
A.
Brataas
,
Phys. Rev. B
74
,
155426
(
2006
).
3.
B.
Trauzettel
,
D. V.
Bulaev
,
D.
Loss
, and
G.
Burkard
,
Nat. Phys.
3
,
192
(
2007
).
4.
J.
Fischer
,
B.
Trauzettel
, and
D.
Loss
,
Phys. Rev. B
80
,
155401
(
2009
).
5.
K.
Tsukagoshi
,
B. W.
Alphenaar
, and
H.
Ago
,
Nature (London)
401
,
572
(
1999
).
6.
N.
Tombros
,
S. J.
van der Molen
, and
B. J.
van Wees
,
Phys. Rev. B
73
,
233403
(
2006
).
7.
E. W.
Hill
,
A. K.
Geim
,
K.
Novoselov
,
F.
Schedin
, and
P.
Blake
,
IEEE Trans. Magn.
42
,
2694
(
2006
).
8.
N.
Tombros
,
C.
Jozsa
,
M.
Popinciuc
,
H. T.
Jonkman
, and
B. J.
van Wees
,
Nature (London)
448
,
571
(
2007
).
9.
W.
Han
,
K.
Pi
,
W.
Bao
,
K. M.
McCreary
,
Y.
Li
,
W. H.
Wang
,
C. N.
Lau
, and
R. K.
Kawakami
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
222109
(
2009
).
10.
Y. -W.
Son
,
M. L.
Cohen
, and
S. G.
Louie
,
Nature (London)
444
,
347
(
2006
).
11.
T. B.
Martins
,
R. H.
Miwa
,
A. J. R.
da Silva
, and
A.
Fazzio
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
196803
(
2007
).
12.
O. V.
Yazyev
and
M. I.
Katsnelson
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
047209
(
2008
).
13.
M.
Wimmer
,
I.
Adagideli
,
S.
Berber
,
D.
Tománek
, and
K.
Richter
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
177207
(
2008
).
14.
W. Y.
Kim
and
K. S.
Kim
,
Nat. Nanotechnol.
3
,
408
(
2008
).
15.
S. -M.
Choi
and
S. -H.
Jhi
,
Phys. Rev. Lett.
101
,
266105
(
2008
).
16.
F.
Muñoz-Rojas
,
J.
Fernández-Rossier
, and
J. J.
Palacios
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
136810
(
2009
).
17.
W. L.
Wang
,
O. V.
Yazyev
,
S.
Meng
, and
E.
Kaxiras
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
157201
(
2009
).
18.
G. -P.
Guo
,
Z. -R.
Lin
,
T.
Tu
,
G.
Cao
,
X. -P.
Li
, and
G. -C.
Guo
,
New J. Phys.
11
,
123005
(
2009
).
19.
S. S.
Datta
,
D. R.
Strachan
,
S. M.
Khamis
, and
A. T. C.
Johnson
,
Nano Lett.
8
,
1912
(
2008
).
20.
L.
Campos
,
V.
Manfrinato
,
J.
Sanchez-Yamagishi
,
J.
Kong
, and
P.
Jarillo-Herrero
,
Nano Lett.
9
,
2600
(
2009
).
21.
X.
Yang
,
X.
Dou
,
A.
Rouhanipour
,
L.
Zhi
,
H. J.
Räder
, and
K.
Müllen
,
J. Am. Chem. Soc.
130
,
4216
(
2008
).
22.
X.
Li
,
X.
Wang
,
L.
Zhang
,
S.
Lee
, and
H.
Dai
,
Science
319
,
1229
(
2008
).
23.
X.
Jia
,
M.
Hofmann
,
V.
Meunier
,
B. G.
Sumpter
,
J.
Campos-Delgado
,
J. M.
Romo-Herrera
,
H.
Son
,
Y. -P.
Hsieh
,
A.
Reina
,
J.
Kong
,
M.
Terrones
, and
M. S.
Dresselhaus
,
Science
323
,
1701
(
2009
).
24.
D. V.
Kosynkin
,
A. L.
Higginbotham
,
A.
Sinitskii
,
J. R.
Lomeda
,
A.
Dimiev
,
B. K.
Price
, and
J. M.
Tour
,
Nature (London)
458
,
872
(
2009
).
25.
L.
Jiao
,
L.
Zhang
,
X.
Wang
,
G.
Diankov
, and
H.
Dai
,
Nature (London)
458
,
877
(
2009
).
26.
A. G.
Cano-Márquez
,
F. J.
Rodríguez-Macías
,
J.
Campos-Delgado
,
C. G.
Espinosa-González
,
F.
Tristán-López
,
D.
Ramírez-González
,
D. A.
Cullen
,
D. J.
Smith
,
M.
Terrones
, and
Y. I.
Vega-Cantù
,
Nano Lett.
9
,
1527
(
2009
).
27.
M.
Fujita
,
K.
Wakabayashi
,
K.
Nakada
, and
K.
Kusakabe
,
J. Phys. Soc. Jpn.
65
,
1920
(
1996
).
28.
K.
Nakada
,
M.
Fujita
,
G.
Dresselhaus
, and
M. S.
Dresselhaus
,
Phys. Rev. B
54
,
17954
(
1996
).
29.
Y. -W.
Son
,
M. L.
Cohen
, and
S. G.
Louie
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
216803
(
2006
).
30.
L.
Pisani
,
J. A.
Chan
,
B.
Montanari
, and
N. M.
Harrison
,
Phys. Rev. B
75
,
064418
(
2007
).
31.
Y. -L.
Lee
,
S.
Kim
,
C.
Park
,
J.
Ihm
, and
Y. -W.
Son
,
ACS Nano
4
,
1345
(
2010
).
32.
S. M. M.
Dubois
,
G. M.
Rignanese
, and
J. C.
Charlier
, arXiv:0811.4414v1,
2008
.
33.
B.
Huang
,
F.
Liu
,
J.
Wu
,
B. -L.
Gu
, and
W.
Duan
,
Phys. Rev. B
77
,
153411
(
2008
).
34.
H.
Zheng
,
R. N.
Wang
,
L. L.
Song
,
Z. X.
Dai
,
X. L.
Wang
, and
Z.
Zeng
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
123109
(
2009
).
35.
G.
Cantele
,
Y. -S.
Lee
,
D.
Ninno
, and
N.
Marzari
,
Nano Lett.
9
,
3425
(
2009
).
36.
N.
Gorjizadeh
,
A. A.
Farajian
,
K.
Esfarjani
, and
Y.
Kawazoe
,
Phys. Rev. B
78
,
155427
(
2008
).
37.
V. A.
Rigo
,
T. B.
Martins
,
A. J. R.
da Silva
,
A.
Fazzio
, and
R. H.
Miwa
,
Phys. Rev. B
79
,
075435
(
2009
).
38.
P.
Hohenberg
and
W.
Kohn
,
Phys. Rev.
136
,
B864
(
1964
).
39.
W.
Kohn
and
L. J.
Sham
,
Phys. Rev.
140
,
A1133
(
1965
).
40.
Phenomena where correlation effects play a prominent role, such as Kondo effect (Ref. 57), cannot be accounted for within our method and are beyond the aim of our work.
41.
P.
Giannozzi
,
S.
Baroni
,
N.
Bonini
,
M.
Calandra
,
R.
Car
,
C.
Cavazzoni
,
D.
Ceresoli
,
G. L.
Chiarotti
,
M.
Cococcioni
,
I.
Dabo
,
A.
Dal Corso
,
S.
de Gironcoli
,
S.
Fabris
,
G.
Fratesi
,
R.
Gebauer
,
U.
Gerstmann
,
C.
Gougoussis
,
A.
Kokalj
,
M.
Lazzeri
,
L.
Martin-Samos
,
N.
Marzari
,
F.
Mauri
,
R.
Mazzarello
,
S.
Paolini
,
A.
Pasquarello
,
L.
Paulatto
,
C.
Sbraccia
,
S.
Scandolo
,
G.
Sclauzero
,
A. P.
Seitsonen
,
A.
Smogunov
,
P.
Umari
, and
R. M.
Wentzcovitch
,
J. Phys.: Condens. Matter
21
,
395502
(
2009
).
42.
J. P.
Perdew
,
K.
Burke
, and
M.
Ernzerhof
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
3865
(
1996
).
43.
We used the pseudopotentials C.pbe-van_bm.UPF, H.pbe-van_bm.UPF and Co.pbe-nd-rrkjus.UPF from http://www.quantum-espresso.org.
44.
A.
Ferretti
,
B.
Bonferroni
,
A.
Calzolari
, and
M.
Buongiorno Nardelli
, WANT code, http://www.wannier-transport.org,
2007
.
45.
A.
Calzolari
,
N.
Marzari
,
I.
Souza
, and
M.
Buongiorno Nardelli
,
Phys. Rev. B
69
,
035108
(
2004
).
46.
N.
Marzari
and
D.
Vanderbilt
,
Phys. Rev. B
56
,
12847
(
1997
).
47.
A.
Ferretti
,
A.
Calzolari
,
B.
Bonferroni
, and
R.
Di Felice
,
J. Phys.: Condens. Matter
19
,
036215
(
2007
).
48.
R.
Landauer
,
Philos. Mag.
21
,
863
(
1970
).
49.
S.
Datta
,
Electronic Transport in Mesoscopic Systems
(
Cambridge University Press
,
Cambridge
,
1995
).
50.
Y.
Mao
,
J.
Yuan
, and
J.
Zhong
,
J. Phys.: Condens. Matter
20
,
115209
(
2008
).
51.
H.
Sevinçli
,
M.
Topsakal
,
E.
Durgun
, and
S.
Ciraci
,
Phys. Rev. B
77
,
195434
(
2008
).
52.
H.
Johll
,
H. C.
Kang
, and
E. S.
Tok
,
Phys. Rev. B
79
,
245416
(
2009
).
53.
H.
Şahin
and
R. T.
Senger
,
Phys. Rev. B
78
,
205423
(
2008
).
54.
R. C.
Longo
,
J.
Carrete
,
J.
Ferrer
, and
L. J.
Gallego
,
Phys. Rev. B
81
,
115418
(
2010
).
55.
R.
Pandey
,
B. K.
Rao
,
P.
Jena
, and
J. M.
Newsam
,
Chem. Phys. Lett.
321
,
142
(
2000
).
56.
A.
Kandalam
,
B.
Kiran
,
P.
Jena
,
X.
Li
,
A.
Grubisic
, and
K. H.
Bowen
,
J. Chem. Phys.
126
,
084306
(
2007
).
57.
T. O.
Wehling
,
A. V.
Balatsky
,
M. I.
Katsnelson
,
A. I.
Lichtenstein
, and
A.
Rosch
,
Phys. Rev. B
81
,
115427
(
2010
).
You do not currently have access to this content.