原子尺度下的自旋操纵和自旋输运现象的第一性原理研究

Spin manipulation and spin polarized transmission at the atomic scale is a very hot topic for spinctronics, and it is also the foundation for modern high-efficientcy data storage devices.We perofrm ab inito calculations to investigate the electronic and magnetic properties of nano custers. Based on these results, we propose that the spin direction of antiferromagnetic nano clusters can be fixed by the exchange interaction between atoms of the clusters. And the spin direction of atoms can be manipulated with spin polarzied STM tips, which can be used for data storage.By means of the non-equilibrium Green function method, we calculate the transmission coefficient and the magnetoresistance between STM tips and nano clusters.The interplay between the magnetic anisotropy energy and the magnetoresistance, and the bias dependent transmission are also been carefully studied.The effect predicted here can be proved experimentally with current technology.

原子尺度下的自旋操纵及其相应的自旋输运过程是目前自旋电子学研究的热点，也是高性能磁性存储器的理论基础。基于第一性原理计算方法，我们研究纳米团簇的电子结构和磁学性质，并进一步提出利用交换相互作用来固定具有反铁磁性质的纳米团簇的自旋方向。通过自旋极化的STM针尖和纳米团簇的相互作用，可以操纵团簇的自旋方向，实现数据的写入过程。用非平衡格林函数计算相应体系的输运系数和磁电阻，分析磁电阻的起因，研究磁各向异性能和外加偏置电压对体系的磁电阻的影响，实现对数据的读出过程。我们理论计算的结果完全可以在现有的实验条件下得以实现，为实验研究指明具体方向。

原子尺度下的自旋操纵和自旋输运过程是目前自旋电子学研究的热点之一，也是高性能磁性存储的理论基础。我们的研究对象主要集中在具有反铁磁性质的纳米团簇、一维原子链和金属多次膜等体系。基于第一性原理计算方法，我们的结果显示强关联纳米团簇的电子结构和磁学性质取决于Hubbard U值，我们自洽地计算出了该U值，理论计算结果和实验结果符合的非常好。我们提出了可以通过引入局域交换相互作用（例如自旋极化的STM针尖）和外加应变等方法精确地操纵一维原子链和金属多层膜等体系的磁学性质。在此基础上，我们还提出了可以使用脉冲磁场精确地操纵体系的自旋方向并揭示了其自旋动力学过程。另外，通过和实验合作，我们研究了二维材料的磁学性质与缺陷和吸附原子的关系，以及二维材料的析氢反应过程。我们的理论计算结果不仅能对实验现象进行理论解释，还为实验研究指明了方向。