Study of the effect of spin-orbit interaction in solids
| Thesis title in Czech: | Studium vlivu spin-orbitální interakce v pevných látkách |
|---|---|
| Thesis title in English: | Study of the effect of spin-orbit interaction in solids |
| Key words: | spin-orbitální interakce, anomální Hallův jev, Kubo formalismus |
| English key words: | spin-orbit interaction, anomalous Hall effect, Kubo formalism |
| Academic year of topic announcement: | 2014/2015 |
| Thesis type: | Bachelor's thesis |
| Thesis language: | angličtina |
| Department: | Department of Condensed Matter Physics (32-KFKL) |
| Supervisor: | doc. RNDr. Karel Carva, Ph.D. |
| Author: | hidden - assigned and confirmed by the Study Dept. |
| Date of registration: | 24.10.2014 |
| Date of assignment: | 30.10.2014 |
| Confirmed by Study dept. on: | 28.11.2014 |
| Date and time of defence: | 12.09.2017 00:00 |
| Date of electronic submission: | 21.07.2017 |
| Date of submission of printed version: | 21.07.2017 |
| Date of proceeded defence: | 12.09.2017 |
| Opponents: | Ondřej Šipr |
| Guidelines |
| 1. Seznámení se zahrnutím relativistických korekcí do výpočtu poruchovou metodou
2. Seznámení s obecnými důsledky těchto korekcí, především spin-orbitální (SO) interakce, pro statické i dynamické vlastnosti vlastnosti pevné látky 3. Studium těchto důsledků pro konkrétní pevné látky (PL) nebo konkrétní situace za pomoci moderních metod výpočtu PL programy založených na prvotních principech (tedy Schrödingerově rovnici, bez fenomenologických parametrů). |
| References |
| 1. N. W. Ashcroft, N.D. Mermin, Solid State Physics, Harcourt College Publishers, Philadelphia 1976
2. P. Strange, Relativistic Quantum Mechanics, Cambridge University Press, Cambridge 1998 |
| Preliminary scope of work |
| Spin-orbitální interakce (SOI) je přes svoji relativně malou velikost (v lehčích atomech) prvotní příčinou existence mnoha běžných vlastností pevných látek: magnetokrystalické anisotropie, anomálního Hallova jevu, nezanedbatelného orbitálního magnetického momentu, magnetooptických efektů a dalších. Podstatné je také to, že způsobuje porušení zachování celkového spinového magnetického momentu. Její započtení je tedy klíčovou ingrediencí výpočtů spinové relaxace a tudíž je důležitá při modelování zařízení postavených na nové variantě elektroniky - spintronice. Spinová relaxace představuje v této oblasti aplikace většinou nežádoucí efekt, který je potřeba potlačovat, zároveň se ale objevují návrhy na využití tohoto efektu k ukládání dat.
Až do nedávné doby implementace SOI chyběla v mnoha programech pro simulace pevných látek. S jejím zahrnutím lze pomocí těchto programů spočítat řadu výše zmíněných vlastností/jevů pro reálné pevné látky. Zajímavým příkladem je výpočet z roku 2011, který prokázal, že relativistické korekce jsou zásadní pro funkci olověných akumulátorů v autobateriích (http://physics.aps.org/story/v27/st2). Požadované znalosti: základy kvantové mechaniky (poruchový počet, kvantování momentu hybnosti) a speciální teorie relativity. Práce je vhodná pro zájemce o pokračování v magisterském studiu. Další informace: RNDr. Karel Carva, Ph.D., e-mail: carva@karlov.mff.cuni.cz |
| Preliminary scope of work in English |
| Although spin-orbit interaction (SOI) is very weak (in light atoms), it represents the reason for the existence of many common properties of solids: magnetocrystalline anisotropy, anomalous Hall effect, non-vanishing orbital moment, magneto-optical effects and more. The crucial point is that it can violate the conservation of total spin magnetic moment. Hence it represents the key ingredient of spin relaxation calculations and is important for modeling devices based on the new version of electronics - spintronics. Spin relaxation acts here typically in undesirable way as an effect that should be suppressed, on the other hand there are proposals to employ this effect in data storage.
Until recently SOI imlementation was missing in many programs for condensed matter simulation. With its inclusion it is possible to calculate a number of above mentioned properties/effects for real solids. An interesting example is a calculation from 2011 which proved that relativistic corrections are critical for function of lead accumulators in car batteries (http://physics.aps.org/story/v27/st2). Requirements: basic quantum mechanics (perturbation theory, angular momentum quantization) and special theory of relativity. |