Výpočty rychlosti spinové relaxace elektronů

• Thesis title in Czech: Výpočty rychlosti spinové relaxace elektronů
• Thesis title in English: Calculations of electron spin relaxation rates
• Key words: spin, spin-orbitální interakce, nerovnováha, ab initio výpočty, pevné látky, spintronika, magnetismus, magnetooptika
• English key words: spin, spin-orbit interaction, non-equilibrium, ab initio calculations, solids, spintronics, magnetism, magnetooptics
• Academic year of topic announcement: 2023/2024
• Thesis type: diploma thesis
• Department: Department of Condensed Matter Physics (32-KFKL)
• Supervisor: doc. RNDr. Karel Carva, Ph.D.

Guidelines

Cílem práce je výpočet střední doby relaxace spinového momentu elektronǔ v reálných materiálech, což úzce souvisí s dobou potřebnou pro změnu magnetizace. Základním předpokladem pro správný popis spinové relaxace je přítomnost spin-orbitální interakce v modelu. Součástí řešení bude práce s existujícími programy pro výpočty z prvotních principů, potenciálně i drobné zásahy do těchto programů. Problém lze obecněji chápat i jako hledání střední doby pro ustavení rovnováhy mezi spinovým, elektronovým a případně fononovým systémem [2, 4].

References

P. Strange, Relativistic Quantum Mechanics: With Applications in Condensed Matter and Atomic Physics, Cambridge University Press (1998)

Články v odborných časopisech zmíněné v textu:

[1] J.-Y. Bigot, M. Vomir, E. Beaurepaire, Nat. Phys. 5 (2009) 515.
URL http://dx.doi.org/10.1038/nphys1285

[2] B. Koopmans, G. Malinowski, F. Dalla Longa, D. Steiauf, M. Fahnle, T. Roth, M. Cinchetti, M. Aeschlimann, Nat Mater 9 (2010)
259–265.
URL http://dx.doi.org/10.1038/nmat2593

[3] K. Carva, M. Battiato, P. M. Oppeneer, Nat Phys 7 (2011) 665.
URL http://dx.doi.org/10.1038/nphys2067

[4] K. Carva, M. Battiato, P. M. Oppeneer, Phys. Rev. Lett. 107 (2011) 207201–.
URL http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.107.207201

[5] K. Carva, D. Legut, P. M. Oppeneer, EPL (Europhysics Letters) 86 (2009) 57002.
URL http://dx.doi.org/10.1209/0295-5075/86/57002

Preliminary scope of work

Procesy vedoucí k změně magnetizace jsou v poslední době intenzivně zkoumány [1]. Zajímavá je např. možnost měnit magnetizaci působením laseru, tento efekt odehrávající se na časové škále stovek fs je kvalitativně zcela odlišný od klasické změny magnetizace působením magnetického pole, vyžaduje porozumnění extrémně nerovnovážným situacím a má mj. i velký aplikační potenciál v oblasti ukládání dat. I přes množství experimentálních pozorování se dosud nepodařilo identifikovat primární mikroskopický mechanismus této ultrarychlé změny magnetizace, existuje zde řada soupeřících hypotéz [2, 3, 4], i pro interpretaci experimentálních dat je nutné vzít do úvahy nerovnovážnou situaci v systému [5]. Klíčem k výběru správného, tedy nejrychlejšího, mechanismu změny magnetického momentu
je dostatečně přesný výpočet časových škál pro různé interakce v systému ovlivňující spinový moment. Vedoucí DP spolupracuje na tomto tématu s universitou v Uppsale. Téma je podporováno na celoevropské úrovni, což nabízí možnost snadného vycestování na partnerské pracoviště - např. COST projekt MAGNETOFON (https://www.cost.eu/actions/CA17123) a projekt FEMTOTERABYTE (http://www.fetfx.eu/project/femtoterabyte/).

Další informace: RNDr. Karel Carva, Ph.D., e-mail: [e-mail]

Preliminary scope of work in English

Processes leading to magnetization change are currently a subject of intense research [1]. Of high interest is the possibility to change the magnetization by means of a magnetic field. This effect takes place on the scale of hundreds fs and is qualitatively different from the classical magnetization change induced by an external magnetic field. It requires understanding of extremely non-equilibrium situations and has also a great application potential for data storage. Despite the many experimental observations the primary microscopic mechanism of this ultrafast process has not been identified yet, there are many competing hypothesis [2,3,4]. Even to interpret the experimental data one has to take into account the non-equilibrium situation in the system [5]. The key to select the correct - hence the fastest - mechanism of magnetization change is an accurate calculation of timescales for various interactions in the system influencing the spin momentum.

The thesis supervisor studies this subject in collaboration with Uppsala University. The topic is supported at a pan-European level: EU funds the collaborative COST projekt MAGNETOFON
(https://www.cost.eu/actions/CA17123) and project FEMTOTERABYTE (http://www.fetfx.eu/project/femtoterabyte/).