Structure-property relationships for spin-orbit effects in chiral molecules

手性分子自旋轨道效应的结构-性质关系

基本信息

项目摘要

Nanospintronics, which relies on spin rather than on charge as information carrier on the smallest scale, holds the promise of new devices for information storage, transport and processing in miniature circuits. In the past few years, it was established experimentally that helical molecules can spin-polarize an electron current. While this effect can be understood qualitatively in terms of spin-orbit coupling, theories available today can rationalize the surprisingly large magnitude of spin polarization only when assuming unrealistically large effective spin-orbit coupling parameters. A theoretical description based on the first principles of quantum mechanics can shed light on these discrepancies, but is still lacking. The goal of this project is a first-principles description of the chiral induced spin filtering effect. This shall help to elucidate the physics underlying the magnitude of this effect, and to establish structure-property relationships. Based on these relationships, suggestions for the experiment shall be made, which will allow for further testing the theoretical description. Furthermore, methods shall be developed for extracting effective spin-orbit coupling parameters from the first-principles electronic structure, which allows for a comparison with analytical models, and which may serve as a basis for a coarse-grained approach towards the simulation of building blocks for devices. In addition to the fundamentally interesting aspects of such an approach, this would allow for advancing molecular spintronics, with the potential for providing affordable and fine-tunable materials for such devices.
纳米自旋电子学依赖于自旋而不是电荷作为最小尺度上的信息载体,有望在微型电路中实现信息存储、传输和处理的新器件。在过去的几年里,实验证实了螺旋分子可以自旋并产生电子流。虽然这种效应可以从自旋轨道耦合的角度定性地理解,但只有当假设不切实际的大有效自旋轨道耦合参数时,今天可用的理论才能合理化自旋极化的惊人大幅度。基于量子力学第一原理的理论描述可以阐明这些差异,但仍然缺乏。本计画的目标是利用第一性原理描述手征诱导的自旋过滤效应。这将有助于阐明这种效应的物理基础,并建立结构-性质关系。基于这些关系,应提出实验建议,这将允许进一步测试理论描述。此外,应制定从第一原理电子结构中提取有效自旋轨道耦合参数的方法,以便与分析模型进行比较,并可作为模拟器件构件的粗粒度方法的基础。除了这种方法从根本上令人感兴趣的方面之外,这将允许推进分子自旋电子学,并有可能为这种设备提供负担得起的和可微调的材料。

项目成果

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