Spintronics and Graphene nanostructures  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
75529
Type K
Principal investigator Cserti, József
Title in Hungarian Spintronika és grafén nanoszerkezetek
Title in English Spintronics and Graphene nanostructures
Keywords in Hungarian spintronika, grafén
Keywords in English spintronics, graphene
Discipline
Physics (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Solid state physics
Panel Physics 1
Department or equivalent Department of Physics of Complex Systems (Eötvös Loránd University)
Participants Csordás, András
Dávid, Gyula
Kaufmann, Zoltán
Koltai, János
Kürti, Jenő
Széchenyi, Gábor
Varga, Imre
Starting date 2008-10-01
Closing date 2013-09-30
Funding (in million HUF) 14.400
FTE (full time equivalent) 5.78
state closed project
Summary in Hungarian
A jelen pályázat alapvető célja spintronikai eszközök és grafén nanoszerkezetek vizsgálata, amelyekhez a kvantummechanikai leírás nélkülözhetetlen nanométeres skálán. Spintronikai félvezető eszközökben fontos szerepet játszik a spin-pálya csatolás. Rétegezett grafénben az elektronok viselkedése számos hasonlóságot mutat a kvantumelektrodinamika szabad Dirac-fermionjaival. Ugyanakkor a grafénben lévő elektronok viselkedése kísérletileg könnyebben tanulmányozható.
Tanulmányozzuk a spintronikai eszközökben spin-pálya csatolással kapcsolatos speciális szórási folyamatokat és elektromos tulajdonságokat. Grafénben tanulmányozzuk az elektron–transzportot, a sörétzajt, az elektronok dinamikáját külső inhomogén mágneses térben, és olyan jelenségeket, amelyek a negatív törésmutatóval kapcsolatosak. A korábbi kutatási tapasztalatunkra építve tanulmányozzuk az olyan hibrid rendszereket, amelyek grafénből és szupravezetőből állnak. Fontos célunk, hogy értelmezzünk néhány kísérleti eredményt, és újakat kezdeményezzünk.
A fent említett kvantumos rendszerek vizsgálatától azt várjuk, hogy új jelenségeket tárunk fel és potenciális alkalmazási lehetőségeket nyújtunk a kondenzált anyagok fizikájában, illetve a nanotechnológiában.
A pályázatban körvonalazott munka alapkutatás és elméleti jellegű. Az eredményeinket rangos nemzetközi folyóiratokban és konferenciákon ismertetjük.
Summary
The principal aim of the present proposal is to investigate spintronic devices and graphene nanostructures for which the quantum description is inevitable at nanometer scale. In spintronic semiconductor devices the spin-orbit coupling plays a major role. In layered graphenes the dynamics of the electron shows many similarities with the free Dirac fermions in quantum electrodynamics. But in graphene the experimental study of the properties of the electrons is easier.
In spintronic devices we investigate the electronic properties and the special scattering processes related to the spin-orbit coupling. In graphene we study the electron transport, the shot noise, the dynamics of electrons under applied inhomogeneous magnetic field, and phenomena related to the negative refractive index. Moreover, based on our earlier research experiences we shall study hybrid systems in which building blocks consist of graphene and superconductors. Our primary aim is to explain theoretically some of the experimental results and initiate new one.
We expect that our research mentioned above reveals novel phenomena and may provide potential applications in condensed matter physics and in nanotechnology.
The work outlined in this proposal is a fundamental and theoretical research. Our results will be published in prominent international journals and will be presented in conferences.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Elméleti kutatásaink során kvantummechanikai és szemiklasszikus módszerekkel tanulmányoztuk a spektrális és szórási problémákat a spintronikai, a grafén és a grafén-szupravezető rendszerekben. Az elektromos transzport-tulajdonságokat tanulmányoztuk rétegzett grafénben a Kubo- és a Landauer-formalizmussal. Több elektro-optikai eredményünk van kétrétegű grafénre vonatkozóan. Tanulmányoztuk a rétegzett grafén és szupravezető hibrid rendszereket. Egy általános elméletet dolgoztunk ki a Zitterbewegung jelenségre, és számos kvantumos rendszerben, mint például a spintronikai és rétegzett grafénben a Zitterbewegungot kapcsolatba hoztuk a Hall-vezetőképességgel, a Berry-fásissal és a Chern-számmal. Kimutattuk, hogy mágneses szennyezők jelenlétében egy pszeudo-gap nyilik a Fermi-szinten, és egy részleges árnyékolást eredményez a multifraktál jelleg miatt az Anderson-átmenetnél és annak környékén különböző gyenge csatolások mellett. A projekt sikerét C. J. Lambert (Lancaster University, UK), C. W. J. Beenakker (University of Leiden, Netherlands), és B. Eckhardt, F. Gebhard és M. Kira (Philipps University Marburg, Germany) kutatókkal régóta létrejött együttműködés biztosította. Az eredményeinket rangos nemzetközi folyóiratokban publikáltuk, illetve konferenciákon és workshopokon mutattuk be.
Results in English
In our theoretical researches we studied the spectral and scattering problems in spintronic, graphene and graphene-superconductor systems using quantum mechanical and semiclassical methods. We studied the electronic transport properties of layered graphene systems using the Kubo-formalism and the Landauer approach. We had works on electron optics in bilayered graphene. We studied the hybrid systems consisting of layered graphene systems and superconductors. We developed a general theory of Zitterbewegung and showed that it can be related to the Hall-conductivity, the Berry phase and the Chern number for several quantum systems such as spintronic, layered graphene. We found that in the presence of magnetic impurities pseudo-gaps open at the Fermi-level causing partial screening due to multifractality at and around the Anderson transition and for weak values of coupling. The success of the present project was warranted by a long term cooperation with C. J. Lambert (Lancaster University, UK), C. W. J. Beenakker (University of Leiden, Netherlands) and B. Eckhardt, F. Gebhard and M. Kira (Philipps University Marburg, Germany). Our results were published in prominent international and national journals, and presented in several conferences and workshops.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=75529
Decision
Yes





 

List of publications

  
Gyula Dávid, Péter Rakyta, László Oroszlány, József Cserti: Effect of the band structure topology on the minimal conductivity for bilayer graphene with symmetry breaking, Phys. Rev. B, 85, 041402(R), 2012
Csaba G Péterfalvi, László Oroszlány, Colin J Lambert, József Cserti: Intraband electron focusing in bilayer graphene, New Journal of Physics, 14, (6), 063028, 2012
P. Rakyta, A. Pályi, J. Cserti: Electronic standing waves on the surface of the topological insulator Bi$_2$Te$_3$, Phys. Rev. B, 86, 085456, 2012
Máté Vigh, László Oroszlány, Szabolcs Vajna, Pablo San-Jose, Gyula Dávid, József Cserti, Balázs Dóra: Diverging dc conductivity due to a flat band in disordered pseudospin-1 Dirac-Weyl fermions, accepted in Phys. Rev. B, Rapid Communications, 2013
P. Makk, D. Visontai, L. Oroszlány, D. Zs. Manrique, Sz. Csonka, J. Cserti, C. Lambert: Advanced Simulation of Conductance Histograms Validated through Channel-Sensitive Experiments on Indium Nanojunctions, Phys. Rev. Lett., 107, 276801, 2011
József Cserti, Gyula Dávid: Relation between Zitterbewegung and the charge conductivity, Berry curvature and the Chern number of multi band systems, Phys. Rev. B 82, 201405 (R), 2010
Gy. Dávid, J. Cserti: General theory of Zitterbewegung, Phys. Rev. B 81, 121417(R), 2010
I. Hagymási, A. Kormányos, J. Cserti: Josephson current in ballistic superconductor-graphene systems, Phys. Rev. B 82, 134516, 2010
József Cserti, Imre Hagymási, and Andor Kormányos: Graphene Andreev billiards, Physical Review B 80, 073404, 2008
Cs. Péterfalvi, A. Pályi, and J. Cserti: Electron flow in circular n-p junctions of bilayer graphene, Physical Review B 80, 075416, 2008
P. Rakyta, A. Kormányos, J. Cserti: Effect of sublattice asymmetry and spin-orbit interaction on out-of-plane spin polarization of photoelectrons, Phys. Rev. B 83, 155439, 2011
P. Rakyta, A. Kormányos, J. Cserti, P. Koskinen: Exploring the graphene edges with coherent electron focusing, Physical Review B, 81, 115411, 2010
P. Rakyta, A. Kormányos, J. Cserti: Trigonal warping and anisotropic band splitting in monolayer graphene due to Rashba spin-orbit coupling, Physical Review B, 82, 113405, 2010
Cs. Péterfalvi, A. Pályi, Á. Rusznyák, J. Koltai, J. Cserti: Catastrophe optics of caustics in single and bilayer graphene: Fine structure of caustics, Phys. Status Solidi B, Volume 247, Issue 11-12, pages 2949–2952, December, 2010
A. Kormányos, P. Rakyta, L. Oroszlány, and J. Cserti: Bound states in inhomogeneous magnetic field in graphene: Semiclassical approach, Physical Review B, 78, 045430, 2008
A. Pályi and J. Cserti: Spin-dependent electron-impurity scattering in two-dimensional electron systems, Physical Review B, 78, 241304(R), 2008
D. Zs. Manrique, J. Cserti, C. J. Lambert: Chiral currents in gold nanotubes, Phys. Rev. B 81, 073103, 2010
C. J. Lambert, S. W. D. Bailey, and J. Cserti: Oscillating chiral currents in nanotubes: A route to nanoscale magnetic test tubes, Physical Review B, 78, 233405, 2008
László Ujfalusi, Imre Varga, and Dániel Schumayer: Quantum chaos in one dimension?, Phys. Rev. E 84, 016230, 2011
A. Csordás, O. Almásy, P. Szépfalusy: Gradient corrections to the local-density approximation for trapped superfluid Fermi gases, Physical Review A 82, 063609, 2010
S. Kettemann E. R. Mucciolo I. Varga and K. Slevin: Kondo-Anderson transitions, Phys. Rev B 85, 115112, 2012
IMRE VARGA, STEFAN KETTEMANN, EDUARDO R. MUCCIOLO: LOCAL PSEUDOGAPS AND FREE MAGNETIC MOMENTS AT THE ANDERSON METAL-INSULATOR TRANSITION: NUMERICAL SIMULATION USING POWER-LAW BAND RANDOM MATRICES, International Journal of Modern Physics: Conference Series Vol. 11, No. 01, pp. 102-107, 2012
J. A. Mendez-Bermudez, A. Alcazar-Lopez and Imre Varga: Multifractal dimensions for critical random matrix ensembles, EPL (Europhysics Letters) 98, 37006, 2012
László Ujfalusi and Imre Varga: Anderson localization at large disorder, Phys. Rev. B 86, 125143, 2012
A. Csordás, G. Homa and P. Szépfalusy: Calculation of the even-odd energy difference in superfluid Fermi systems using the pseudopotential theory, EPL (Europhysics Letters) 97, 37005, 2012
J. A. Mendez-Bermudez, Victor A. Gopar, and Imre Varga: Scattering and transport statistics at criticality, Phys. Rev. B 82, 125106, 2010
I. Kuznetsova, N. Gogh, J. Forstner, T. Meier, S. T. Cundiff, I. Varga, and P. Thomas: Modeling excitonic line shapes in weakly disordered semiconductor nanostructures, Phys. Rev. B 81, 075307, 2010
A. Alcazar-Lopez, J. A. Mendez-Bermudez, and Imre Varga: Broken time-reversal symmetry scattering at the Anderson transition, Ann. der Physik (Berlin) 18, 896-900, 2009
J. A. Mendez-Bermudez, Victor A. Gopar, and Imre Varga: Conductance distribution at criticality: one-dimensional Anderson model with random long-range hopping, Ann. der Physik (Berlin) 18, 891-895, 2009
N. Gogh, P. Thomas, I. Kuznetsova, T. Meier, and I. Varga: Localization of excitons in weakly disordered semiconductor structures: A model study, Ann. der Physik (Berlin) 18, 905-909, 2009
S. Kettemann, E. R. Mucciolo, and I. Varga: Critical Metal Phase at the Anderson Metal-Insulator Transition with Kondo Impurities, Physical Review Letters, 103, 126401, 2009
József Cserti, Gábor Széchenyi, Gyula Dávid: Uniform tiling with electrical resistors, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical, 44, 215201, 2011
Cserti József: Kétdimenziós kvantumrendszerek nanoszerkezetekben (MTA doktori dolgozat), MTA, 2010
Csordás András: Csapdázott ultrahideg gázok gerjesztéseinek vizsgálata, MTA, 2010
Csordás András: Csapdázott gázok gerjesztései, Habilitációs értekezés (ELTE), 2009
Dávid Gyula: A Zitterbewegung általános elmélete, ELTE PhD, 2011
Péterfalvi Csaba Géza: Szemiklasszikus elektronoptika grafén rendszerekben, ELTE PhD, 2013
Rakyta Péter: Fotoemissziós és pásztázó alagútmikroszkópos mérések modellezése Dirac-féle elektronok vizsgálatánál, ELTE PhD, 2012
Cserti József: A grafén, a nanofizika egyik reménysége, Természet Világa, 140 kötet, 15-17. old., 2009
József Cserti: Nobel-díj a grafénért, Természet Világa, 142. évf. 2. szám (február), 50-51. oldal, 2011




 

Events of the project

  
2013-10-14 10:37:46
Résztvevők változása



Back »