Királis spin-spin kölcsönhatások perturbatív elmélete: alkalmazás Mn3 atomfürtre Au(111) felületen Fizika, Földtudományok és Matematika

35 OTDK, Fizika, Földtudományok és Matematika Szekció, Nanoszerkezetek Tagozat.

Királis spin-spin kölcsönhatások perturbatív elmélete: alkalmazás Mn3 atomfürtre Au(111) felületen

Különdíj: t

Hallgató: Kovács Panna
Szak: Kutatófizikus, Képzés típusa: msc, Intézmény: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Kar: Természettudományi Kar

Témavazető: Dr. Szunyogh László - tanszékvezető, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Természettudományi Kar

A vékonyrétegekben kialakuló komplex mágneses struktúrák vizsgálata az utóbbi évtizedben a szilárdtestfizika egy intenzív kutatási területévé vált. A Heisenberg-modell ab initio elméletének relativisztikus kiterjesztése lehetővé tette a királis Dzyaloshinsky-Moriya (DM) kölcsönhatás számítását, mely alapvető szerepet játszik a nem-kollineáris mágneses szerkezetek képződésében. Saját eredményeink és számos irodalmi munka bizonyítja, hogy a komplex mágneses nanoszerkezetek kielégítő leírásához szükség van magasabb rendű spin-spin kölcsönhatások figyelembevételére. TDK dolgozatomban az ab initio számításokra alkalmas Korringa-Kohn-Rostoker formalizmus alkalmazásával kifejezést adtam az izotrop és királis négyspin-kölcsönhatásokra. A levezetett formulákat implementáltam a véges méretű, beágyazott atomfürtök számítására szolgáló programcsomagba. Első alkalmazásként elsőszomszéd Mn atomokból álló, szabályos háromszöget alkotó atomfürtöt vettem Au(111) felületen. Részletesen vizsgáltam, hogy a királis spin-spin kölcsönhatások hogyan függenek a Mn trimer atomi környezetében attól a tartománytól, ahol a spin-pálya kölcsönhatást figyelembe vettem. Megállapítottam, hogy aktuális számolásomban nem értem el kielégítő konvergenciát. Két különböző kiralitású Néel-állapotot vizsgáltam, miközben a spinvektorok z-tengellyel bezárt szögét folytonosan változtattam. A két konfiguráció közötti energiakülönbséget (királis energia) a perturbatív spinmodell különböző közelítéseiben vizsgáltam és összehasonlítottam a spinklaszter kifejtéssel (SCE) számított Dzaloshinsky—Moriya-vektorokkal, illetve az ab initio sávenergiából kapott görbével. Ez utóbbi kettő számolás között jó egyezést tapasztaltam, úgy mint a perturbatív módszer effektív kétspin DM vektorainak alkalmazásával. A bikvadratikus királis kölcsönhatások figyelembevétele viszont rontott az egyezésen. Az összehasonlítást megnehezíti, hogy a királis állapotok energiájában megjelennek a szimmetrikus anizotrópia tenzor mátrixelemeinek bizonyos kombinációi is. Az SCE módszerrel ennek hatását ellenőriztem, de a perturbatív modellben ezt nem tudtam megtenni, mivel ehhez a spin-pálya kölcsönhatásban másodrendű perturbációszámítást kellett volna alkalmaznom.