Nanomagnetismus
Nanomagnetismus, elektronische Struktur & Oberfächen
Für moderne Forschungsgebiete wie die Magnetoelektronik oder die Spintronik ist ein Verständnis der Eigenschaften komplexer Materialien in niedrigen Dimensionen unerlässlich. Die Fleur Project ist ein einzigartiges Werkzeug zur Untersuchung elektonischer und magnetischer Eigenschaften dieser Systeme. Sie erlaubt das Studium der magnetischen Ordnung, der Magnetisierungsrichtung, von Ordnungstemperaturen, Transporteigenschaften etc. dünner Filme, Oberflächen und von Nanostrukuren.
Spintronik
Die Entdeckung des Riesen- und Tunnelmagnetwiderstandseffektes (GMR und TMR), d.h. die Tatsache, dass die Transporteigenschaften durch eine Grenzfläche stark von den magnetischen Eigenschaften dieser Grenzfläche abhängen, hat die moderne Bauelementtechnik revolutionalisiert. Die quantenmechanische Beschreibung des Transports durch eine Grenzfläche erlaubt ein detailliertes Verständnis der magnetischen Tunnelkontakte, die in der Spin- und Magnetoelektronik eingesetzt werden. Ein grundlegendes Konzept in dieser Beschreibung ist die komplexe Bandstrukur, die hier für Cu(100) gezeigt ist. Sie enthält nicht nur die normalen (Bloch-)Zustände des Festkörpers (schwarz), sondern auch jene ein- und auslaufenden Zustände (in Farbe), die für den Transportprozess verantwortlich sind.
Elektronische Anregungen, Spindynamik
Die wichtigste Methode, um die Eigenschaften eines Festkörpers zu erforschen, ist, die Reaktion des Materials auf äußere Einflüsse wie Bestrahlung oder magnetische Felder zu untersuchen. Da die Störung das System aus dem Gleichgewicht bringt, können so leicht die Anregungszustände identifiziert werden. Eine mikroskopische Beschreibung dieser Prozesse wird durch die Vielteilchen-Störungstheorie ermöglicht, die sowohl die Coulomb-Wechselwirkung als auch die Ankopplung an das äußere Feld explizit berücksichtigt. Die theoretischen Simulationen stehen somit in unmittelbarer Verbindung zu experimentellen Spektroskopieverfahren und liefern elektronische Bandstrukturen und Spinwellenspektren von hoher Genauigkeit. Darüber hinaus lassen sich auch dynamische Eigenschaften wie die endliche Lebensdauer von Elementaranregungen berechnen.
Complex magnetism in nanostructures and RKKY interactions
Tiny magnets made up of only a few atoms could provide foundation for future information technology, making it faster and less energy consuming with new functionalities. To achieve this goal, it is important to understand the physical and more precisely the magnetic interactions within atomic building blocks or between them. We are, for example, interested in the way magnetic frustration triggers complex magnetic structures in small clusters. This is a formidable theoretical task since several parameters can impact on the magnetic ground states as well as the magnetic excitation spectrum: The chemical nature of nanostructure, type of substrate, structure, orientation, spin-orbit coupling. Moreover we are focusing on drawing theoretically a map of the short and long range magnetic interactions (RKKY-type) between several kind of adatoms and mediated via the electronic states of the substrate.
A strong effort is devoted to unravel the magnetic structures of the mediating electronic states that can acquire complex magnetic textures of skyrmionic nature. When possible, comparison is made to recent state of the art measurements provided with scanning tunneling microscopy helping to improve our theoretical approach based on density functional theory combined with multiple scattering theory as expressed within the Korringa-Kohn-Rostoker Green function method. We have learned from our investigations that as soon as an atom is added or removed, the magnetic properties of entire nanomagnets can change radically.
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