金属-氧化物界面电子输运理论研究

我们在本项目中提出以金属-磁性铁氧体绝缘体界面为研究主体。针对金属-氧化物界面的两个困难的问题开展研究,1)金属-氧化物界面复杂的晶体结构,以氧空位为主的缺陷对电子结构影响大;2)过渡金属氧化物通常关联效应较为重要，而处理简单电子体系-关联电子体系杂化系统的理论方法尚不成熟。计划发展有效处理金属-磁性铁氧体界面的理论方法， 建立适合的理论模型,研究金属-铁磁绝缘体界面在电压或温度梯度的驱动下电子（特别是自旋）的输运性质。希望发现杂质、栅控电场、铁磁交换作用等对铁磁氧化物体系的调控的一般规律。从而为寻找、设计具有特定功能的导电性能的纳米材料提供理论基础。

我们在本项目中以金属-磁性铁氧体绝缘体界面为研究主体，针对以下问题进行了研究工作。1). 金属氧化物与隧道结：本项目中我们主要以氧化镁隧道结为基本载体，研究了其中的散粒噪声，热致动力现象，热电诱导自旋转矩，热电效应，以及吉尔伯特阻尼等进行了研究，并得到了丰富的科研成果。在工作中，我们散粒噪声的计算，第一次证实了验中界面共振遂穿态存在，给出了实验上测量共振态的可行方法。并且隧道结磁结构平行与反平行结构中，热致动力现象，热电诱导自旋转矩等有很大差异，且通过调制界面粗糙程度可以对其热电效应等进行增强。这些结果不仅丰富了自旋电子学领域的理论知识，也为实际器件制作等提供了很有价值的参考。2). 金属铁磁绝缘体界面：项目执行期间，我们发展了第一性原理计算方法，将自旋轨道耦合纳入了原有的理论体系，成功的解决了困扰学界很久的难题，同时，我们发现了在实际体系中，由于自旋轨道耦合的存在，自旋混合电导不再是一个固定不变的常数，而是磁矩角度的函数，这个发现打破了学界的普遍认知，对自旋电子器件的制备以及深层物理理解都有着深远的意义。在实际计算中，我们还发现，一些特殊的材料的特殊接触端面有着非常令人惊奇的结果，同时热致自旋泵浦的效果也远远超过了理论预期。这都为以后制备性能更好，效率更高的自旋器件提供了更多的可能。