Μονάδα:
Τμήμα ΦυσικήςΒιβλιοθήκη Σχολής Θετικών Επιστημών
Ημερομηνία κατάθεσης:
2023-02-22
Συγγραφέας:
Κοσμά Αδαμαντία
Στοιχεία επταμελούς επιτροπής:
1. Φοίβος Μαυρόπουλος, Καθηγητής Τμήματος Φυσικής, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών.
2. Yuriy Mokrousov, Professor, Johannes Gutenberg-Universität Mainz and Forschungszentrum Jülich, Γερμανία.
3. Νικόλαος Στεφάνου, Καθηγητής Τμήματος Φυσικής, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών.
4. Marjana Lezaic, Researcher, Forschungszentrum Jülich, Γερμανία.
5. Ιωσήφ Γαλανάκης, Καθηγητής, Τμήμα Επιστήμης Υλικών, Πανεπιστήμιο Πατρών.
6. Αθανάσιος Δημουλάς, Διευθυντής Ερευνών, ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος.
7. Γεώργιος Κιοσέογλου, Καθηγητής Τμήματος Επιστήμης Υλικών, Πανεπιστήμιο Κρήτης
Πρωτότυπος Τίτλος:
Quantum states in materials with complex topological electronic and magnetic structure
Γλώσσες διατριβής:
Αγγλικά
Μεταφρασμένος τίτλος:
Κβαντικές καταστάσεις σε υλικά με σύνθετη τοπολογική ηλεκτρονική και μαγνητική δομή
Περίληψη:
Η σύνθετη τοπολογική ηλεκτρονική και μαγνητική δομή των υλικών είναι ένα πεδίο έρευνας που αποκτά όλο και μεγαλύτερη σημασία τα τελευταία χρόνια, λόγω της εφαρμογής του στο πεδίο της σπιντρονικής, με πιθανές προεκτάσεις στην πληροφορία της τεχνολογίας.
Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, κύριο στόχο αποτελεί η θεωρητική και υπολογιστική μελέτη φαινομένων μεταφοράς του σπιν σε τοπολογικές δομές. Οι προσομοιώσεις μας βασίζονται σε υπολογισμούς υλικών από πρώτες αρχές εφαρμόζοντας τη θεωρία ηλεκτρονικής σκέδασης.
Αρχικά, επικεντρωνόμαστε στο φαινόμενο της ροπής στρέψης σπιν σε τοπολογικούς μονωτές εμπλουτισμένους με μαγνητικές προσμίξεις. Μελετούμε τη ροπή στρέψης σπιν που ασκείται στη μαγνητική ροπή σιδηρομαγνητικά συζευγμένων προσμίξεων, και συγκεκριμένα μετάλλων μετάβασης (Cr, Mn, Fe, και Co), στην επιφάνεια του τοπολογικού μονωτή Bi2Te3, ως απόκριση σε ηλεκτρικό ρεύματος στην επιφάνεια. Οι ιδιότητες σκέδασης των επιφανειακών καταστάσεων στις μαγνητικές προσμίξεις υπολογίζονται με τη μέθοδο Korringa-Kohn-Rostoker (KKR) συναρτήσεων Green, ενώ οι υπολογισμοί της ροπής στρέψης σπιν πραγματοποιούνται συνδυάζοντας τα αποτελέσματα της KKR στην επιφάνεια Fermi και το ρυθμό σκέδασης με την ημικλασική γραμμικοποιημένη εξίσωση Boltzmann. Συζητάμε τη συσχέτιση της ροπής στρέψης σπιν με το ρεύμα σπιν, αναλύοντας τη συνεισφορά της ροής σπιν στη ροπή στρέψης σπιν στις προσμίξεις. Επιπλέον, εξετάζουμε πώς σχετίζεται η ροπή στρέψης σπιν με την αντίσταση και την παραγωγή θερμότητας Joule. Σύμφωνα με τα αποτελέσματά μας, τα συστήματα αυτά είναι ευνοϊκά για σπιντρονικές εφαρμογές. Ειδικότερα, προβλέπουμε ότι το σύστημα Mn/Bi2Te3 είναι το πλέον υποσχόμενο μεταξύ των συστημάτων που μελετήσαμε για εφαρμογές της ροπής στρέψης σπιν.
Στη συνέχεια, επικεντρωνόμαστε στη μελέτη διδιάστατων μαγνητικών σκυρμιονίων, τα
οποία είναι τοπολογικά σολιτόνια σε σιδηρομαγνητικά υμένια και τα οποία συμπεριφέρονται ως σωματίδια που δύνανται να σχηματιστούν, μεταφερθούν και ανιχνευθούν. Για τη μελέτη αυτή, βασιστήκαμε στη μέθοδο KKR και πραγματοποιήσαμε υπολογισμούς θεωρίας συναρτησιακού της μη συγγραμικής πυκνότητας σπιν για το σχηματισμό ευσταθών μαγνητικών σκυρμιονίων σε υπέρλεπτα υμένια Pd/Fe/Ir(111). Κατόπιν, επιλύοντας την αυτοσυνεπή εξίσωση Boltzmann, εξετάζουμε το τοπολογικό φαινόμενο Hall, το οποίο προκαλείται από τη σκέδαση των ηλεκτρονίων σε συστήματα σκυρμιονίων. Η μελέτη του τοπολογικού φαινομένου Hall είναι θεμελιώδους σημασίας σε τέτοιου είδους συστήματα, καθώς το φαινόμενο αυτό αποτελεί μία από τις βασικές μεθόδους για την ανίχνευση μαγνητικών σκυρμιονίων. Παρουσιάζουμε την αντίσταση και τη γωνία Hall του συστήματος, και εξετάζουμε την εξάρτηση του τοπολογικού φαινομένου Hall από το βαθμό αταξίας του δείγματος, εισάγοντάς τον στους υπολογισμούς μας μέσω ενός επιπλέον όρου ηλεκτρονικής σκέδασης. Τα ευρήματά μας προβλέπουν μία ισχυρή εξάρτηση του τοπολογικού φαινομένου Hall από το
βαθμό αταξίας του δείγματος.
Κύρια θεματική κατηγορία:
Θετικές Επιστήμες
Λέξεις-κλειδιά:
σπιντρονική, μαγνητισμός, τοπολογία, προσομοιώσεις από πρώτες αρχές, θεωρία συναρτησιακού της πυκνότητας, μέθοδος KKR συναρτήσεων Green, ηλεκτρονική δομή, φορμαλισμός Boltzmann, ροπή στρέψης σπιν, τοπολογικοί μονωτές, μαγνητικές προσμίξεις, μαγνητικά σκυρμιόνια, τοπολογικό φαινόμενο Hall
Αρ. σελίδων ευρετηρίου:
0
Αρ. βιβλιογραφικών αναφορών:
143
