Relativistic tight-binding band-structure calculation of a multilayer Fe/Ga(Mn)As and study of its magnetic properties

• Název práce v češtině: Výpočet relativistické pásové struktury vrstvy Fe/Ga(Mn)As metodou těsné vazby a; studium jejích magnetických vlastností
• Akademický rok vypsání: 2009/2010
• Typ práce: bakalářská práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Ústav teoretické fyziky (32-UTF)
• Vedoucí / školitel: prof. Tomáš Jungwirth, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 22.10.2009
• Datum zadání: 22.10.2009
• Datum a čas obhajoby: 14.09.2010 00:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 14.09.2010
• Datum proběhlé obhajoby: 14.09.2010
• Oponenti: Ing. Aleksandr Šik, CSc., DSc.

Zásady pro vypracování

1. Zvládnutí základních principů výpočtu mikroskopické pásové struktury metodou těsné vazby se započtením spin-orbitální interakce.
2. Odvození rovnic popisujících těsnovazební Hamiltonian Ga(Mn)As.
3. Odvození rovnic popisujících těsnovazební Hamiltonian tenké vrstvy Fe/Ga(Mn)As.
4. Vytvoření počítačového programu a následné numerické výpočty s cílem popsat anisotropní magnetické vlastnosti tohoto hybridního kovovo-polovodičového feromagnetického systému se spin-orbitální interakcí.

Seznam odborné literatury

W.A. Harrison: Electronic structure and the properties of solids (Dover Publ., 1989)

Předběžná náplň práce

Spintronika je obor elektroniky, který využívá stejnou měrou náboj i magnetický moment (spin) elektronu. Orbitální pohyb náboje a spin spolu interagují prostřednictvím magnetické výměnné interakce a relativistické spin-orbitální interakce. Bakalářská práce je motivována novým směrem spintronického výzkumu, který se zabývá studiem těchto jevů na rozhraní feromagnetického kovu (např. Fe) a nemagnetického polovodiče (GaAs) nebo feromagnetického polovodiče (GaMnAs). Cílem těchto snažení je základní mikroskopické porozumění magnetických vlastostí a spin-orbitálních charakteristik těchto multivrstev. Z praktického hlediska je cílem dosažení feromagnetismu v polovodiči při vysokých teplotách, možnost injekce spinově polarizovaných elektronů do polovodiče a ovládání magneto-elektrických vlastností těchto struktur pomocí vnějších elektrických polí, tedy sestrojení spintronického transistoru. Vzhledem k tomu, že se jedná o přesná rozhraní na atomové úrovni a o systémy čítající jen několik atomových vrstev je nezbytné začít od mikroskopického popisu pásové struktury, což je i hlavní úkol této bakalářské práce. Metoda mikroskopické těsné vazby se zdá být nejvhodnější pro tento kombinovaný polovodičovo-kovový systémém.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Spintronics is a field in microelectronics which utilizes both the electron charge and magnetic moment (spin). The orbital motion of the charge and the spin interact vie the magnetic exchange interaction or via the relativistic spin-orbit coupling. The thesis is motivated by a new direction in the spintronic research which studies these phenomena at interfaces of a ferromagnetic metal (e.g. Fe) and a non-magnetic semiconducor (Ga,As) or a ferromagnetic semiconductor (GaMnAs). The aim is basic microscopic physical understanding of magnetic properties and spin-orbit coupling characteristics of these multilayers. From the more applied point of view, the goal is to achieve ferromagnetism in a semiconductor at high temperatures, injection of spin-polarized electrons into a semiconductor, and control of the magneto-electrical properties of these structures by external electric fields, i.e., a realization of a spintronic transistor. Since we are dealing with atomically sharp interfaces and with only a few atomic monolayers of the material it is necessary to start from a microscopic description of the band structure whose development is the main goal of the thesis. The microscopic tight-binding method is arguably the most appropriate technique for this combined metal-semiconductor structure.