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在纳米结构中,自旋极化的电流导致的自旋转矩是当前自旋电子学的研究的热门课题。对于实验中的隧道节和磁畴结构的体系,要求我们采用全量子的方法来解决。所以,我们发展了一套从第一原理出发,计算层状非共线磁结构的自旋转矩的方法。为了研究自旋轨道耦合效应,我们发展了一套全相对论下基于自旋极化的EMTO轨道,使用Green函数技术求解界面电子结构的方法。本论文主要由以下三部分组成:
(1)我们发展了一套从第一原理出发,计算非共线磁结构的自旋转矩的方法。整个体系的散射态波函数是通过与电极中Bloch波函数匹配的边界条件求得。利用求出的散射态波函数,我们可以计算整个体系的自旋转矩。利用这种方法研究了铁磁材料的自旋阀结构下的自旋转矩分布,包括Co,Ni和Ni80Fe20。不同材料的自旋转矩的分布可以通过Fermi面的形状特征来解释。Ni相比Co具有很长的自旋的入射深度。我们同时也研究了界面的无序的情况。研究结果表明界面的无序将提高自旋转矩的大小。
(2)我们发展了一套计算非共线磁结构下铁磁/超导界面的自旋转矩的第一原理方法。利用这种方法研究了界面的自旋翻转引入的自旋三重态(Sz=1)。我们发现在超导接触的自旋阀结构,当界面存在自旋翻转的时候,能出现巨磁阻效应。
(3)我们发展了基于全相对论下EMTO轨道,自洽求解的层状结构的电子结构的方法。通过Green函数技术直接求解Dirac方程。同时,我们基于这个轨道也发展了相应的自旋输运的计算方法。我们所得到的能带的结果与VASP的计算结果基本符合。这套代码为今后研究无序体系的CPA近似和非平衡输运下Vertex修正提供了框架。