Spin-dependent thermo-galvanic effects: Theory

• Antragsteller: Professor Dr. Hubert Ebert
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 198257383

Das Theorieprojekt behandelt weiterhin verschiedene spinabhängige thermoelektrische Effekte auf der Grundlage von Kubo's Lineareantwortformalismus und der erweiterten Mott-Formel. Dazu werden materialspezifische Rechnungen mittels vollrelativistischer ab initio Methoden basierend auf der (Spin-) Dichtefunktionaltheorie durchgeführt, wobei Spin-Bahn-induzierte Transportphänomene im Vordergrund stehen. Dazu zählen insbesondere sowohl die Anisotropie des konventionellen und spinabhängigen Seebeck-Effektes als auch der anomale und Spin-Nernst-Effekt. Ergänzende Arbeiten beschäftigen sich mit deren elektrischen Pendants: anisotroper Magnetowiderstand, sowie anomaler und Spin-Hall-Effekt. Zusätzlich werden neue Effekte untersucht, die durch Symmetrieüberlegungen vorhergesagt werden und für paramagnetische oder ferromagnetische Systeme auftreten sollten. Alle numerischen Untersuchungen werden durch eine Symmetrieanalyse der entsprechenden Antworttensoren einschließlich deren lagenaufgelöster Formulierung unterstützt. Während exploratorische Arbeiten sich primär mit Bulkmaterialien beschäftigen, wird ansonsten der Schwerpunkt bei Schichtsystemen liegen. Dies beinhaltet insbesondere Studien zum transversen Ladungtransport in einem magnetischen und zum transversen Spintransport in einem nichtmagnetischen Schichtsystem, welche durch ein elektrisches Feld oder einen thermischen Gradienten senkrecht zu den Lagen getrieben werden. Weiterhin wird die Anisotropie des Ladungsund Spintransports eines Oberflächenfilms auf einem isolierenden Substrat untersucht. Für alle Systeme wird die Bedeutung der verschiedenen spezifischen Systemparameter für deren Transporteigenschaften untersucht. Diesbezüglich wird der Einfluß der chemischen Unordnung, die mittels der Coherent Potential Approximation (CPA) Legierungstheorie beschrieben wird, ein zentraler Aspekt sein. Zusätzlich wird die Rolle thermischer Gitterschwingungen für die Temperaturabhängigkeit der Transporteigenschaften auf der Grundlage des Legierungsanalogiemodells, das von den Antragstellern entwickelt wurde, untersucht. Bei magnetischen Systemen wird der Einfluß von thermischen Spinfluktuationen in ähnlicher Weise berücksichtigt, wobei die temperaturabhängigen Spinkonfigurationen mittels begleitender Monte-Carlo-Simulationen bzw. Rechnungen auf der Grundlage des relativistischen disordered local moment (RDLM) Modells ermittelt werden. Der überwiegende Teil der Projektarbeiten erfolgt in enger Kooperation mit verschiedenen Partnern innerhalb des Schwerpunktprogramms. Die Kooperationsarbeit zielt dabei in erster Linie darauf ab, entsprechende experimentelle Arbeiten zu unterstützen. Weitere Zusammenarbeiten mit Kollegen aus der Theorie sollen einen detaillierten Vergleich verschiedener komplementärer Vorgehensweisen ermöglichen. Dies gilt insbesondere für den Kubo- und Boltzmann-Formalismus und bezüglich der eingesetzten Modelle zur Behandlung von chemischer und Spinunordnung bei Transportrechnungen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1538: Spin Caloric Transport (SpinCaT)
• Beteiligte Person: Dr. Diemo Ködderitzsch