Theoretical studies on magnetic nanostructures  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
83353
Type PD
Principal investigator Palotás, Krisztián
Title in Hungarian Mágneses nanostruktúrák elméleti vizsgálata
Title in English Theoretical studies on magnetic nanostructures
Keywords in Hungarian 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.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=83353
Decision
Yes





 

List of publications

 
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
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, Journal of Physics: Condensed Matter 26: (18) 186001/1-8, 2014
Mándi Gábor, Palotás Krisztián: STM contrast inversion of the Fe(110) surface, APPL SURF SCI 304: 65-72, 2014
Palotás K: Prediction of the bias voltage dependent magnetic contrast in spin-polarized scanning tunneling microscopy, Physical Review B 87: (2) 024417/1-11, 2013
Palotás K, Hofer W A, Szunyogh L: Simulation of spin-polarized scanning tunneling spectroscopy on complex magnetic surfaces: Case of a Cr monolayer on Ag(111), Physical Review B 85: (20) 205427/1-13, 2012
Balogh L, Palotas K, Udvardi L, Szunyogh L, Nowak U: Theoretical study of magnetic domain walls through a cobalt nanocontact, Physical Review B 86: (2) 024406/1-8, 2012
Aas CJ, Palotas K, Szunyogh L, Chantrell RW: The effect of a Pt impurity layer on the magnetocrystalline anisotropy of hexagonal close-packed Co: a first-principles study, Journal of Physics: Condensed Matter 24: (40) 406001/1-8, 2012
Palotás K, Hofer W A, Szunyogh L: Simulation of spin-polarized scanning tunneling microscopy on complex magnetic surfaces: Case of a Cr monolayer on Ag(111), Physical Review B 84: (17) 174428/1-11, 2011
Palotás K, Hofer W A, Szunyogh L: Theoretical study of the role of the tip in enhancing the sensitivity of differential conductance tunneling spectroscopy on magnetic surfaces, Physical Review B 83: (21) 214410/1-9, 2011
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
Palotás K; Hofer WA; Szunyogh L: Theoretical study of the role of the tip in enhancing the sensitivity of differential conductance tunneling spectroscopy on magnetic surfaces, Physical Review B 83: 214410/1-9, 2011
Seress M: Differenciális vezetőképesség spektrum szimulációja Co/Ag(111) moiré strukturált felületen, BME TTK TDK konferencia, Kísérleti Fizika szekció, 2013.11.12., 2013
Palotás K; Hofer WA; Szunyogh L: Simulation of spin-polarized scanning tunneling microscopy on complex magnetic surfaces: Case of a Cr monolayer on Ag(111), Physical Review B 84: 174428/1-11, 2011
Vajna Sz; Simon E; Szilva A; Palotás K; Újfalussy B; Szunyogh L: Higher-order contributions to the Rashba-Bychkov effect with application to the Bi/Ag(111) surface alloy, Physical Review B 85: 075404/1-7, 2012
Palotás K; Hofer WA; Szunyogh L: Simulation of spin-polarized scanning tunneling spectroscopy on complex magnetic surfaces: Case of a Cr monolayer on Ag(111), Physical Review B 85: 205427/1-13, 2012
Balogh L; Palotás K; Udvardi L; Szunyogh L; Nowak U: Theoretical study of magnetic domain walls through a cobalt nanocontact, Physical Review B 86: 024406/1-8, 2012
Aas CJ; Palotás K; Szunyogh L; Chantrell RW: The effect of a Pt impurity layer on the magnetocrystalline anisotropy of hexagonal close-packed Co: a first-principles study, Journal of Physics: Condensed Matter 24: 406001/1-8, 2012
Laukkanen P; Punkkinen MPJ; Puustinen J; Levämäki H; Tuominen M; Schulte K; Dahl J; Lång J; Zhang HL; Kuzmin M; Palotás K; Johansson B; Vitos L; Guina M; Kokko K: Formation and destabilization of Ga interstitials in GaAsN: Experiment and theory, Physical Review B 86: 195205/1-7, 2012
Palotás K; Mándi G; Szunyogh L: Orbital-dependent electron tunneling within the atom superposition approach: Theory and application to W(110), Physical Review B 86: 235415/1-11, 2012
Palotás K: Prediction of the bias voltage dependent magnetic contrast in spin-polarized scanning tunneling microscopy, Physical Review B 87: 024417/1-11, 2013
Nita P, Palotás K, Jałochowski M, Krawiec M: Surface diffusion of Pb atoms on the Si(553)-Au surface in narrow quasi-one-dimensional channels, Physical Review B 89: (16) 165426/1-6, 2014
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
Palotás K, Mándi G, Hofer W A: Three-dimensional Wentzel-Kramers-Brillouin approach for the simulation of scanning tunneling microscopy and spectroscopy, Frontiers of Physics, published online, 2013
Mándi G, Nagy N, Palotás K: Arbitrary tip orientation in STM simulations: 3D WKB theory and application to W(110), Journal of Physics: Condensed Matter 25: (44) 445009/1-10, 2013
Ayissi S, Charpentier PA, Farhangi N, Wood JA, Palotas K, Hofer WA: Interaction of Titanium Oxide Nanostructures with Graphene and Functionalized Graphene Nanoribbons: A DFT Study, J PHYS CHEM C 117: (48) 25424-25432, 2013
Palotás K, Mándi G, Szunyogh L: Orbital-dependent electron tunneling within the atom superposition approach: Theory and application to W(110), Physical Review B 86: (23) 235415/1-11, 2012
Vajna S, Simon E, Szilva A, Palotas K, Ujfalussy B, Szunyogh L: Higher-order contributions to the Rashba-Bychkov effect with application to the Bi/Ag(111) surface alloy, Physical Review B 85: (7) 075404/1-7, 2012
Laukkanen P, Punkkinen MPJ, Puustinen J, Levamaki H, Tuominen M, Schulte K, Dahl J, Lang J, Zhang HL, Kuzmin M, Palotas K, Johansson B, Vitos L, Guina M, Kokko K: Formation and destabilization of Ga interstitials in GaAsN: Experiment and theory, Physical Review B 86: (19) 195205/1-7, 2012




Back »