Multiscale investigations of magnetic heterostructures based on first principles  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
77771
Type K
Principal investigator Szunyogh, László
Title in Hungarian Mágneses heteroszerkezetek első elveken alapuló többszintű vizsgálata
Title in English Multiscale investigations of magnetic heterostructures based on first principles
Keywords in Hungarian mágneses heteroszerkezetek, nanorészecskék, hőmérsékletfüggő mágnesség, kicserélődési csatolás
Keywords in English magnetic heterostructures, nanoparticles, finite temperature magnetism, exchange bias
Discipline
Solid-state Physics (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Solid state physics
Panel Physics 1
Department or equivalent Department of Theoretical Physics (Budapest University of Technology and Economics)
Participants Palotás, Krisztián
Rakyta, Péter
Udvardi, László
Újfalussy, Balázs
Starting date 2009-04-01
Closing date 2014-04-30
Funding (in million HUF) 31.886
FTE (full time equivalent) 5.62
state closed project
Summary in Hungarian
Pályázatunkban a nagysűrűségű mágneses adattárolás technológiájának alapjául szolgáló mágneses jelenségek és heterogén rendszerek elméleti, számítógépes vizsgálatát tűztük ki célul. Vizsgálatainkat olyan többszintű módszerrel végezzük, melyben egy spin-model paramétereit ab initio számításokkal határozzuk meg, majd a rendszer mágneses folyamatait Monte-Carlo szimulációkkal és Langevin dinamika számolásokkal modellezzük. Réteges heteroszerkezetekben a kicserélődési csatolás jelenségének minél szélesebb körű megértése a célunk, míg a felülethez csatolt nanorészecskékben a szuperparamágneses határ kontrollálhatóságát tanulmányozzuk. Széles nemzetközi együttműködésben végzett pályázatunkkal, melyben számos kísérleti kutatóhellyel is kapcsolatban állunk, nemcsak a közeljövő technológiai fejlesztéseihez szeretnénk hozzájárulni, hanem újszerű elméleti módszerek segítségével a szilárdtestek véges hőmérsékletű mágnességének fundamentális kérdéseire is választ keresünk. A pályázat deklarált feladata fiatal kollégák bevonása a kutatásba azzal a céllal, hogy a modern számítógépes szilárdtestfizika és anyagtudomány hazai kutatóbázisát erősítsük.
Summary
The main objective of our project is a theoretical and computational investigation of magnetic phenomena as well as systems serving as basis of high density magnetic recording technology. The underlying tool of our investigations is a multiscale approach: first we determine the parameters of a suitable spin-model from first principles calculations, then we study the magnetization processes of the system via Monte-Carlo and Langevin dynamics simulations. Our aim is to achieve a deep-rooted theoretical understanding of the exchange bias phenomenon in layered heterostructures, whereas we study the controllability of the superparamagnetic limit for magnetic nanoparticles. We carry out our project within a broad international cooperation, including also leading experimental research groups. We intend to add not only to technological innovations of the near future, but by developing new theoretical methods we aim to study the finite temperature magnetism of solids in general. A distinct purpose of the project is to include young coworkers in order to strengthen the research basis of modern computational solid state physics and materials science in Hungary.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Pályázatunkban fémes mágneses rendszerek – tömbi ötvözetek, réteges heteroszerkezetek, vékonyrétegek és kisméretű nanorészecskék – atomi szintű vizsgálatát végeztük többszintű számítógépes elméleti módszerek segítségével. Számos új eljárást dolgoztunk ki, melyek további kutatásaink alapját képezik. Az alapkutatás és a technológiai fejlesztések frontvonalába tartozó mágneses jelenségek széles skáláját tanulmányoztuk. Ezek közé tartoznak olyan témakörök, mint a véges hőmérsékletű itineráns mágnesség ab initio elmélete, az exchange bias jelenség, a Bychkov-Rashba effektus és mágneses szennyezők kölcsönhatása fémes felületeken, spinhullámok és komplex mágneses struktúrák ultravékony filmekben, ab initio spin-dinamika kisméretű nanorészecskékben, mágneses anizotrópia tömbi rendszerekben és heteroszerkezetekben, a magnetokalorikus effektus és a spin-polarizált pásztázó alagút mikroszkópia elmélete. Pályázatunk eredményeképpen összesen 36 cikket publikáltunk, melyek közül 3 a Physical Review Letters, 20 a Physical Review B, 1 pedig az Applied Physics Letters folyóiratokban jelent meg. A publikációk kumulatív impakt faktora 119.66 és azokra eddíg közel száz független hivatkozást érkezett.
Results in English
Based on advanced multiscale computational methods, within this project we performed atomistic simulations of metallic magnets like bulk alloys, layered heterostructures, thin films and small nanoparticles. We developed several novel theoretical and computational methods forming also the basis of our future research activity. We investigated a large variety of magnetic phenomena being in the front line of basic research and technological developments. These topics include the theory of finite temperature magnetism of itinerant electrons, the exchange bias phenomenon, the Bychkov-Rashba effect and the interaction of magnetic impurities at metallic surfaces, spin-waves and complex magnetic structures in ultrathin films, ab initio spin-dynamics in small nanoparticles, magnetic anisotropy in bulk systems and layered heterostructures, the magnetocaloric effect and the theory of spin-polarized scanning tunnelling microscopy. We published 36 papers related to the project. Most of them appeared in peer reviewed international journals (three in Physical Review Letters, twenty in Physical Review B and one in Applied Physics Letters) with a cumulative impact factor of 119.66.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=77771
Decision
Yes





 

List of publications

  
L. Udvardi and L. Szunyogh: Chiral asymmetry of the spin-wave spectra in ultrathin magnetic films, Phys. Rev. Lett. 102, 207204, 2009
Szilva A, Costa M, Bergman A, Szunyogh L, Nordstrom L, Eriksson O: Interatomic Exchange Interactions for Finite-Temperature Magnetism and Nonequilibrium Spin Dynamics, PHYS REV LETT 111: (12) 1-5, 2013
Yanes R, Jackson J, Udvardi L, Szunyogh L, Nowak U: Exchange Bias Driven by Dzyaloshinskii-Moriya Interactions, PHYS REV LETT 111: (21) 1-5, 2013
C. J. Aas, L. Szunyogh, J. S. Chen, and R. W. Chantrell: Magnetic anisotropy of FePt: effect of lattice distortion and chemical disorder, Applied Physics Letters 99, 132501, 2011
P. Weinberger, A. Vernes, L. Szunyogh and J. Zabloudil: Describing surfaces: semi-infinite versus thin film approaches, Phys. Rev. B. 80, 075430, 2009
E. Simon, A. Szilva, B. Ujfalussy, B. Lazarovits, G. Zarand, and L. Szunyogh: Anisotropic Rashba splitting of surface states: Relativistic ab initio calculations and kp perturbation theory, Phys. Rev. B 81, 235438, 2010
Silvia Gallego, Nadia Sanchez, Sofia Martin, Carmen Munoz, Laszlo Szunyogh: Reversible enhancement of the magnetism of ultrathin Co films by H adsorption, Phys. Rev. B 82, 085414, 2010
L. Szunyogh, L. Udvardi, J. Jackson, U. Nowak, and R. Chantrell: Atomistic spin-model based on a new spin-cluster expansion technique: Application to the IrMn3/Co interface, Phys. Rev. B 83, 024401, 2011
M. dos Santos Dias, J.B. Staunton, A. Deak and L. Szunyogh: Anisotropic spin-spin correlations in Mn1/X(111), with X = Pd, Pt, Ag and Au, Phys. Rev. B 83, 054435, 2011
E. Simon, B. Ujfalussy, B. Lazarovits, A. Szilva, L. Szunyogh, G.M. Stocks: Exchange interaction between magnetic adatoms on surfaces of noble metals, Phys. Rev. B 83, 224416, 2011
K. Palotas, W. A. Hofer, and L. Szunyogh: Theoretical study of the role of the tip in enhancing the sensitivity of differential conductance tunneling spectroscopy on magnetic surfaces, Phys. Rev. B 83, 214410, 2011
Sumanta Bhandary, Oscar Granäs, Laszlo Szunyogh, Biplab Sanyal, Lars Nordström, Olle Eriksson: Route towards finding large magnetic anisotropy in nanocomposites: Application to a W(1-x)Re(x)/Fe multilayer, Phys. Rev. B 84, 092401, 2011
K. Palotas, W. A. Hofer, and L. Szunyogh: Simulation of spin-polarized scanning tunneling microscopy on complex magnetic surfaces: The case of a Cr monolayer on Ag(111), Phys. Rev. B 84, 174428, 2011
A. Deák, L. Szunyogh, B. Ujfalussy: Thickness-dependent magnetic structure of ultrathin Fe/Ir(001) films: From spin-spiral states toward ferromagnetic order, Phys. Rev. B 84, 224413, 2011
Sz. Vajna, E. Simon, A. Szilva, K. Palotas, B. Ujfalussy, and L. Szunyogh: Higher-order contributions to the Rashba-Bychkov effect with application to Bi/Ag(111) surface alloy, Phys. Rev. B 85, 075404, 2012
Aas C J, Hasnip P J, Cuadrado R, Plotnikova E M, Szunyogh L, Udvardi L, Chantrell R W: Exchange coupling and magnetic anisotropy at Fe/FePt interfaces, PHYS REV B - CONDENS MATTER MATER PHYS 88: (17) 11, 2013
J B Staunton, R Banerjee, M dos Santos Dias, Deak A, Szunyogh L: Fluctuating local moments, itinerant electrons, and the magnetocaloric effect: Compositional hypersensitivity of FeRh, PHYS REV B - CONDENS MATTER MATER PHYS 89: (5) , 2014
Deák A, Simon E, Balogh L, Szunyogh L, dos Santos Dias M, Staunton J B: Metallic magnetism at finite temperatures studied by relativistic disordered moment description: Theory and applications, PHYS REV B - CONDENS MATTER MATER PHYS 89: (22) 1-11, 2014
C J Aas, L Szunyogh, R W Chantrell: Effects of composition and chemical disorder on the magnetocrystalline anisotropy of Fe x Pt 1−x, EUROPHYS LETT 102: (5) 5, 2013
C J Aas, L Szunyogh, R F L Evans, R W Chantrell: Effect of stacking faults on the magnetocrystalline anisotropy of hcp Co: a first-principles study, J PHYS CONDENS MATTER 25: (29) 6, 2013
Levente Rózsa, László Udvardi, László Szunyogh: Langevin spin dynamics based on ab initio calculations: numerical schemes and applications, J PHYS CONDENS MATTER 26: 216003, 2014
Levente Rózsa, László Udvardi, László Szunyogh: Relativistic and thermal effects on the magnon spectrum of a ferromagnetic monolayer, J PHYS CONDENS MATTER 25: 506002, 2013
Simon E, Palotas K, Ujfalussy B, Deak A, Stocks GM, Szunyogh L: Spin-correlations and magnetic structure in an Fe monolayer on 5d transition metal surfaces, J PHYS CONDENS MATTER 26: (18) , 2014
G. Mándi, N. Nagy, and K. Palotás: Arbitrary tip orientation in STM simulations: 3D WKB theory and application to W(110), Journal of Physics: Condensed Matter 25, 445009, 2013, 2013
Silvia Gallego, Nadia Sanchez, Sofia Martin, Carmen Munoz, Laszlo Szunyogh: Reversible enhancement of the magnetism of ultrathin Co films by H adsorption, Phys. Rev. B 82, 085414, 2010
L. Szunyogh, L. Udvardi, J. Jackson, U. Nowak, and R. Chantrell: Atomistic spin-model based on a new spin-cluster expansion technique: Application to the IrMn3/Co interface, Phys. Rev. B 83, 024401, 2011
K. Palotás, G. Mándi, and W. A. Hofer: Three-dimensional Wentzel-Kramers-Brillouin approach for the simulation of scanning tunneling microscopy and spectroscopy, Frontiers of Physics (Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013) published online, 2013
G. Mándi and K. Palotás: STM contrast inversion of the Fe(110) surface, Applied Surface Science 304, 65-72, 2014, 2014
M. dos Santos Dias, J.B. Staunton, A. Deak and L. Szunyogh: Anisotropic spin-spin correlations in Mn1/X(111), with X = Pd, Pt, Ag and Au, Phys. Rev. B 83, 054435, 2011
E. Simon, B. Ujfalussy, B. Lazarovits, A. Szilva, L. Szunyogh, G.M. Stocks: Exchange interaction between magnetic adatoms on surfaces of noble metals, Phys. Rev. B 83, 224416, 2011
K. Palotas, W. A. Hofer, and L. Szunyogh: Theoretical study of the role of the tip in enhancing the sensitivity of differential conductance tunneling spectroscopy on magnetic surfaces, Phys. Rev. B 83, 214410, 2011
Sumanta Bhandary, Oscar Granäs, Laszlo Szunyogh, Biplab Sanyal, Lars Nordström, Olle Eriksson: Route towards finding large magnetic anisotropy in nanocomposites: Application to a W(1-x)Re(x)/Fe multilayer, Phys. Rev. B 84, 092401, 2011
C. J. Aas, L. Szunyogh, J. S. Chen, and R. W. Chantrell: Magnetic anisotropy of FePt: effect of lattice distortion and chemical disorder, Applied Physics Letters 99, 132501, 2011
K. Palotas, W. A. Hofer, and L. Szunyogh: Simulation of spin-polarized scanning tunneling microscopy on complex magnetic surfaces: The case of a Cr monolayer on Ag(111), Phys. Rev. B 84, 174428, 2011
A. Deák, L. Szunyogh, B. Ujfalussy: Thickness-dependent magnetic structure of ultrathin Fe/Ir(001) films: From spin-spiral states toward ferromagnetic order, Phys. Rev. B 84, 224413, 2011
Sz. Vajna, E. Simon, A. Szilva, K. Palotas, B. Ujfalussy, and L. Szunyogh: Higher-order contributions to the Rashba-Bychkov effect with application to Bi/Ag(111) surface alloy, Phys. Rev. B 85, 075404, 2012
K. Palotas, W. A. Hofer, and L. Szunyogh: Simulation of spin-polarized scanning tunneling spectroscopy on complex magnetic surfaces: Case of a Cr monolayer on Ag(111), Phys. Rev. B 85, 205427, 2012
E. K. Delczeg-Czirjak, Z. Gercsi, L. Bergqvist, O. Eriksson, L. Szunyogh, P. Nordblad, B. Johansson, and L. Vitos: Magnetic exchange interactions in B-, Si-, and As-doped Fe2P from first-principles theory, Phys. Rev. B 85, 224435, 2012
L. Balogh, K. Palotás, L. Udvardi, L. Szunyogh, and U. Nowak: Theoretical study of magnetic domain walls through a cobalt nanocontact, Phys. Rev. B 86, 024406, 2012
E. K. Delczeg-Czirjak, L. Bergqvist, O. Eriksson, Z. Gercsi, P. Nordblad, L. Szunyogh, B. Johansson, and L. Vitos: Microscopic theory of magnetism in the magnetocaloric material Fe2P(1−x)Tx (T = B and Si), Phys. Rev. B 86, 045126, 2012
K. Palotás, G. Mándi, and L. Szunyogh: Orbital dependent electron tunneling within the atom superposition approach: Theory and application to W(110), Phys. Rev. B 86, 235415, 2012
K. Palotas: Prediction of the bias voltage dependent magnetic contrast in spin-polarized scanning tunneling microscopy, Phys. Rev. B 87, 024417, 2013
C. J. Aas, K. Palotás, L. Szunyogh, and R. W. Chantrell: The effect of Pt impurity layers on the magnetocrystalline anisotropy of hexagonal close-packed Co: a first-principles study, J. Phys.: Condens. Matter 24, 406001, 2012
L. Udvardi and L. Szunyogh: Chiral asymmetry of the spin-wave spectra in ultrathin magnetic films, Phys. Rev. Lett. 102, 207204, 2009
S.S.A. Razee, J.B. Staunton and L. Szunyogh: Magnetic ordering in Fe/Co sandwiches on Cu(100), J. Phys.: Condens. Matter 21, 265004, 2009
P. Weinberger, A. Vernes, L. Szunyogh and J. Zabloudil: Describing surfaces: semi-infinite versus thin film approaches, Phys. Rev. B. 80, 075430, 2009
Martin Gradhand, Michael Czerner, Dmitry V. Fedorov, Peter Zahn, Bogdan Yu. Yavorsky, Laszlo Szunyogh, and Ingrid Mertig: Spin polarization on Fermi surfaces of metals by the KKR method, Phys. Rev. B. 80, 224413, 2009
S.S.A. Razee, J.B. Staunton and L. Szunyogh: Magnetic ordering in Fe/Co sandwiches on Cu(100), J. Phys.: Condens. Matter 21, 265004, 2009
E. Simon, B. Ujfalussy, A. Szilva and L. Szunyogh: Anisotropy of exchange interactions between impurities on Cu(110) surface, Journal of Physics: Conference Series 200, 032067, 2010
L. Balogh, K.M. Lebecki, B. Lazarovits, L. Szunyogh, L. Udvardi and U. Nowak: Monte Carlo study on magnetic nanoparticles from first principle, Journal of Physics: Conference Series 200, 072103, 2010
E. Simon, A. Szilva, B. Ujfalussy, B. Lazarovits, G. Zarand, and L. Szunyogh: Anisotropic Rashba splitting of surface states: Relativistic ab initio calculations and kp perturbation theory, Phys. Rev. B 81, 235438, 2010
E. Simon, B. Ujfalussy, A. Szilva and L. Szunyogh: Anisotropy of exchange interactions between impurities on Cu(110) surface, Journal of Physics: Conference Series 200, 032067, 2010
L. Balogh, K.M. Lebecki, B. Lazarovits, L. Szunyogh, L. Udvardi and U. Nowak: Monte Carlo study on magnetic nanoparticles from first principle, Journal of Physics: Conference Series 200, 072103, 2010




 

Events of the project

  
2012-08-14 12:01:15
Résztvevők változása
2010-08-12 16:57:21
Résztvevők változása



Back »