Az elektron lokalizáció hatása felületek és felületi nanostruktúrák elektronszerkezetére és mágneses tulajdonságaira
Title in English
Effect of electron localization on the electronic and magnetic porperties of surfaces and surface nanostructures
Keywords in Hungarian
elektronok önkölcsönhatása, mágnses tulajdonságok, mágneses anizotópia
Keywords in English
self-interaction correction, SIC, magnetic properties, magnetic anisotropy
Discipline
Solid-state Physics (Council of Physical Sciences)
100 %
Panel
Physics 1
Department or equivalent
Theoretical Solid State Physics Dept. (Research Institute for Solid State Physics and Optics Hung. Acad. Sci.)
Starting date
2007-07-01
Closing date
2010-07-31
Funding (in million HUF)
2.102
FTE (full time equivalent)
1.49
state
closed project
Summary in Hungarian
A pályázat célja annak vizsgálata, hogy az elektronok lokalizációja milyen hatással van a felüleletek és felületi nanoszerkezetek mágneses tulajdonságaira. A lokalizált elektonokat lokális spin sűrűség funkcional módszer (LSDA) nem jól kezeli, ezért szükséges az elektronok, az LSDA módszerben megjelenő nem-fizikai, önkölcsönhatásának helyes figyelmbe vétele. Ezt az LSDA módszert kiegészítve az ún. önkölcsönhatási korrekcióval (LSIC) lehet megtenni. Ezzel a módszerrel a lokalizált és nem-lokalizált elektronok egyszerre kezelhetők. Így lehetőség nyílik olyan rendszerek vizsgálatára is amikben az LSDA eljárás nem ajda meg a megfelelő alapállapoti mágneses tulajdonságokat. Ilyen rendszerek pl. a 3d fém oxidok a 4f fémek, ahol a mágnesezettség kialakulásában az elektronok lokalizációja fontos szerepet játszik. A munka egyik célja az is, hogy megvizsgáljuk, hogy felületi mágneses 3d szennyeződésekre szükséges-e ezen módszer használata. A pályázat egy másik fő célkitűzése az LSIC formalizmus relativisztikus általánosítása, ami lehetővé teszi, hogy megvizsgáljam az elektron lokalizációnak a mágneses anizotrópiára gyakorolt hatását. Fe szennyezők mágneses anizotrópiájának viszgálata az elektron lokalizáció figyelembe vételével egy Au felület közelében lehetővé tenné - egy átfogó elmélet részeként - a Kondo ellenállás híg Fe/Au ötvözet filmekben megfigyelt, a film vastagságtól való függésének kvantitatív magyarázatát.
Summary
The purpose of this proposal is to study the effect of electron localization on the electronic and magnetic properties of surfaces and surface nanostructures. Localized electrons are mistreated in the local spin density approximation (LSDA) and, therefore, an appropriate correction of the self-interaction needs to be taken into account. This can be done by the widely used LSDA extended with the so-called local self-interaction correction (LSIC) formalism. With this method the localized and delocalized electrons can be treated on the same footing. The LSIC procedure enables us to study systems for which the LSDA fails to yield the proper ground state properties like the 3d transition-metal oxides and 4f metals where in the formation of the magnetization the electron localization plays a crucial role. An other aim of this work to perform calculations in order to decide whether the application of LSIC formalism for 3d surface impurities is necessary or not. An other main purpose of this proposal is to develop a relativistic extension of the LSIC formalism, which enables us to study the effect of the electron localization on the magnetic anisotropy as well. By studying the anisotropy energy of Fe atoms close to a Au surface one interesting result will be that a quantitative description - within a more general theory - of the thickness dependence of the Kondo resistivity of thin films of dilute magnetic alloys may be obtained.
Final report
Results in Hungarian
A kutatás során vizsgáltam fémes felületekre helyezett mágneses nano-részecskék mágneses anizotrópiáját, az atomok közötti kölcsönhatásokat. Megmutattuk, hogy a relativisztikus effektusoknak fontos szerepe van az alapállapot kialakulásában. Ebből a kutatásból négy folyóirat cikk készült. Vizsgáltuk atomi szennyezők vezetési tulajdonságait átlagtér és perturbatív közelítésben. Megmutattuk, hogy amíg az átlagtér közelítés gyakran hibás eredményt ad, addig a perturbáció számításból kapott eredmények sok esetben helyes eredményt adnak (ezen kutatásból két folyóirat cikk készült). Megmutattuk, hogy a felületi állapotok Rashba felhasadásának anizotrópiája megérthető az ú.n. kp-perturbáció számítás használatával (1 cikk). A DMFT+LDA módszer segítségével tanulmányoztuk a vanádium-dioxid elektronszerkezetének változását különböző rácstorzulások esetében (1 cikk).
Results in English
n the present research project we studied the magnetic anisotropy of magnetic nano-structures and the interactions between them. We showed that the relativistic effects play a crucial role in the formation of the ground state. We published 4 journal articles from this research. We have studied the transport properties of quantum impurities by using mean-field and perturbative approximations. We showed that while the mean-field approximation often fails to serve a proper description the perturbative theory often captures the relevant physical properties (2 published papers). We served an explanation for the anisotropy of the Rashba splitting for surface states by using the so-called kp-perturbation theory. Applying the DMFT+LDA method we presented results for the influence of the lattice geometry on the electronic-structure of vanadium-dioxide (1 published paper).
B. Horváth, B. Lazarovits, O. Sauret, G. Zaránd: Failure of the mean-field approach in the out-of-equilibrium Anderson model, Physical Review B 77, 113108 (2008), 2008
A. Antal, B. Lazarovits, L. Udvardi, L. Szunyogh, B. Újfalussy, P. Weinberger: First-principles calculations of spin interactions and the magnetic ground states of Cr trimers on Au(111), Physical Review B 77, 174429 (2008), 2008
E. Simon, B. Lazarovits, L. Szunyogh, and B. Ujfalussy: Ab-initio investigation of RKKY interactions on metallic surfaces, Phil. Mag. 88, 2667–2672 (2008), 2008
A. Antal, B. Lazarovits, L. Balogh, L. Udvardi, and L. Szunyogh: Multiscale studies of complex magnetism of nanostructures based on first principles, Phil. Mag. 88, 2715–2724 (2008), 2008
L. Szunyogh, B. Lazarovits, L. Udvardi, J. Jackson, and U. Nowak: Giant magnetic anisotropy of the bulk antiferromagnets IrMn and IrMn3 from first principles, Phys. Rev. B 79, 020403(R) (2009), 2009
E. Simon, A. Szilva, B. Ujfalussy, B. Lazarovits, G. Zarand, and L. Szunyogh: Anisotropic Rashba splitting of surface states from the admixture of bulk states: Relativistic ab initio calculations and k · p perturbation theory, Phys. Rev. B 81, 235438 (2010), 2010
B. Horváth, B. Lazarovits, and G. Zaránd: Perturbative theory of the non-equilibrium singlet-triplet transition, Journal of Physics: Conference Series 200, 012063 (2010), 2010
B. Lazarovits, K. Kim, K. Haule, and G. Kotliar: Effects of strain on the electronic structure of VO2, Phys. Rev. B 81, 115117 (2010), 2010
