elektrontranszport, mágneses ellenállás, mágneses kölcsönhatás, atomi kontaktus, pásztázó alagútmikroszkópia/spektroszkópia, STM/STS, DFT
Keywords in English
electron transport, magnetoresistance, magnetic interaction, atomic-sized contact, scanning tunnelling microscopy/spectroscopy, STM/STS, DFT
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)
Starting date
2011-04-01
Closing date
2014-06-30
Funding (in million HUF)
17.644
FTE (full time equivalent)
2.61
state
closed project
Summary in Hungarian
Pályázatunk mágneses nanostruktúrák első elvekből kiinduló elektron transzport tulajdonságainak kutatását tűzi ki célul nemzetközi együttműködés keretein belül. Az elektronállapotokat a sűrűségfunkcionál elmélet felhasználásával írjuk le és erre lineáris válaszelméletet építünk az elektromos vezetőképesség meghatározására. Ezt az elméletet a teljesen relativisztikus "komplex geometriájú" Screened Korringa-Kohn-Rostoker (SKKR) programcsomagba implementáljuk egy új, hatékony algoritmus felhasználásával. Ezzel a módszerrel felületre helyezett mágneses klasztereket és atomi méretű kontaktusokat vizsgálunk. Ezen rendszereknek megfelelően elektron alagutazást és ballisztikus transzportot modellezünk ugyanazon, Landauer-Büttiker jellegű, transzportelmélet keretein belül. Célunk az elektron transzport folyamatok mélyebb megértése nanostruktúrákban, elsősorban az elektromos áram mérésekből kinyerhető, a mágneses szerkezet és mágneses kölcsönhatások információtartalmára vonatkozóan. Ezen felül egy Transzfer Hamiltoni módszer (BSKAN) alkalmazásával lehetőség nyílik két transzportelmélet összehasonlítására a szimulációs eredmények tükrében az alagutazás tartományában, melynek elméleti jelentősége van. Összefoglalva, a kutatás alacsony dimenziójú mágneses rendszerek megértéséhez visz közelebb, mely reményeink szerint felhasználható új technológiák kifejlesztésében, elsősorban nagy-sűrűségű adattárolás területén.
Summary
The proposed research aims at the theoretical investigation of electric transport properties of magnetic nanostructures from first principles in the framework of international cooperation. We treat electronic states at the level of density functional theory and we build linear response theory for electrical conductivity on this basis. We are focusing on supported magnetic clusters and atomic-sized contacts. Correspondingly, tunnelling and ballistic transport is considered and will be modelled by using the same level of methodology (of Landauer-Büttiker type) to be newly implemented into the “complex geometry” fully relativistic Screened Korringa-Kohn-Rostoker (SKKR) program package employing a new, computationally efficient algorithm. By applying this method we aim to provide a theoretical basis and understanding for the possible extraction of information on magnetic order and magnetic interactions in nanostructures by electric current measurements. Additionally, by employing a Transfer Hamiltonian-based approach (BSKAN) a comparison between two different methods becomes possible in magnetic tunnel junctions, which is particularly of theoretical interest. In summary, the project tries to add to the understanding of magnetic systems with reduced dimensions, which could be applied in developing new technologies, in particular in the field of high-density data storage.
Final report
Results in Hungarian
Pályázatunkban mágneses nanostruktúrák elméleti vizsgálatát végeztük hazai és nemzetközi együttműködés keretein belül, különös tekintettel az elektron transzport tulajdonságokra. Ennek érdekében több új számítógépes módszert fejlesztettünk ki, melyekre további kutatások építhetőek a jövőben. Az újonnan kifejlesztett módszerekkel az alapkutatás és a technológiai fejlesztések élvonalába tartozó fizikai jelenségeket tanulmányoztuk. Ezek közé tartoznak olyan témakörök, mint az atomi méretű kontaktusok mágneses tulajdonságai, a spin-polarizált pásztázó alagútmikroszkópia elmélete és komplex mágneses struktúrák ultravékony filmekben. Az elért eredmények reményeink szerint felhasználhatók új technológiák kifejlesztésében, elsősorban nagy-sűrűségű mágneses adattárolás területén. Pályázatunk eredményeképpen eddig összesen 15 folyóiratcikket publikáltunk, melyek közül 9 a Physical Review B folyóiratban jelent meg. A megjelent publikációk kumulatív impakt faktora 49,3 és azokra 2014.07.24-ig húsz független hivatkozás érkezett. A projekt további eredményének tekinthető számos hazai és nemzetközi együttműködés kialakítása, és a tehetséggondozásban betöltött szerepe a BME-n.
Results in English
We performed theoretical investigation of magnetic nanostructures, particularly focusing on electron transport properties, in the framework of national and international collaborations. For this reason, we developed several novel theoretical and computational methods, serving as a base for future research activities. Applying the new methods, we investigated physical phenomena in the front line of basic research and technological developments. These topics include the magnetic properties of atomic-sized contacts, the theory of spin-polarized scanning tunnelling microscopy, and complex magnetic structures in ultrathin films. The obtained results are expected to be exploited in the development of new technologies, particularly in the field of high-density magnetic data storage. As a result of our project, we published 15 peer-reviewed journal articles to date, 9 of them in Physical Review B. The cumulative impact factor of the published papers is 49.3, and they attracted twenty independent citations till 24/07/2014. Further results of the project are the establishment of a number of national and international collaborations and its role in the talent management at the Budapest University of Technology and Economics.
Simon E, Palotás K, Rózsa L, Udvardi L, Szunyogh L: Formation of magnetic skyrmions with tunable properties in PdFe bilayer deposited on Ir(111), Physical Review B (közlésre elküldve 2014.07.24.), 2014
Mándi G, Seress M, Palotás K: Interplay of orbital-dependent tunneling and spin-polarization in STM/STS, 78th Spring Meeting of the German Physical Society, 2013.03.30-04.04., Dresden, Germany, 2014
Palotás K: Structure and magnetism of atomic-sized Ir contacts, Relativistic effects in solids Workshop, 2013.05.21-23. Brno, Czech Republic, 2013
Mándi G, Teobaldi G, Palotás K: Contrast stability and "stripe" formation in Scanning Tunnelling Microscopy imaging of highly oriented pyrolytic graphite: The role of STM-tip orientations, Journal of Physics: Condensed Matter (közlésre elküldve 2014.04.09.), 2014
