Computerbasierte Entwicklung von spin-kalorischen Nanostrukturen

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Phivos Mavropoulos
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 198010637

Ein wesentlicher Grundbaustein moderner Informationstechnologie sind nanometergroße magnetische Systeme. Die Information wird in magnetischen Nanostrukturen auf Festplatten oder magnetischen Speicherbausteinen gespeichert. Das Auslesen dieser Information, und in viele Fällen auch das Beschreiben des Speichers, geschieht mittels spin-polarisierter Ströme, d.h. durch elektrische Ströme, die eine Magnetisierung transportieren. Mit solchen Strömen ist unvermeidlicherweise sowohl eine Wärmeproduktion als auch ein Wärmetransport verbunden, bezeichnet als kalorische Effekte. Hierzu existiert auch der inverse Effekt, das Auftreten eines spin-polarisierten Elektronenstroms als Folge eines Wärmestroms, hervorgerufen durch einen Temperaturgradienten. Wir beobachten also eine Kopplung zwischen der Ladung, dem Spin und dem Wärmestrom in diesen Systemen. Diese Kopplung ist dabei nicht nur vom Material, sondern auch stark von der Struktur der Materialien auf der Nanoebene abhängig, so zum Beispiel von der Systemgröße und -geometrie aufgrund des Einflusses von Quantum-Confinement. Diese Effekte resultieren dabei aus der Reflektion der Elektronen an den Grenzflächen, die einen wesentlichen Einfluss auf die quantenmechanische Zustandsdichte ausüben. Ein zusätzlicher fundamentaler Beitrag zu den elektronischen Transporteigenschaften kommt von den thermischen Fluktuationen der lokalen magnetischen Momente. Mittels theoretischer, computergestützter Simulationen wollen wir diese Kopplung der Ladungs-, Spin- und Wärmeströme in Nanostrukturen untersuchen, und den Einfluss der zugrundeliegenden Strukturparameter analysieren und gegebenenfalls optimieren. Unsere Untersuchung wird sich dabei auf modernste quantenmechanische Berechnungen stützen. Wir erwarten, dass wir am Ende der Förderung in der Lage sind, die für eine Anwendung des Spin-Kalorischen Transport erwünschten Anpassungen von Nanostrukturen zu verstehen und vorherzusagen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1538: Spin Caloric Transport (SpinCaT)
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Stefan Blügel; Dr. Daniel Wortmann