Magneto-transport in mutilayers and nanostructures with strong spin-orbit coupling

具有强自旋轨道耦合的多层和纳米结构中的磁输运

基本信息

  • 批准号:
    EP/H029257/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 29.81万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Fellowship
  • 财政年份:
    2011
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2011 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Many modern data storage and communications devices are made on a very small scale from magnetic materials. For example, modern computer hard drives and magnetic random access memory (MRAM) contain magnetic elements that are a few tens of nanometres in size. In such devices the direction of the magnetisation of the magnetic elements is used to store information. The methods currently used to control the direction of magnetisation involve using electrical current to generate a magnetic field locally or to switch the magnetisation using an effect called spin transfer torque . These techniques have disadvantages such as energy dissipation and limits on miniaturisation, due to the need to integrate the components which generate the field with other magnetic devices.A potential solution to these problems, which is being studied by the Experimental Condensed Matter Research Group at the University of Nottingham, would be to create devices in which the magnetic state is controlled by applying an electric field or a mechanical strain. Metallic alloys and multilayers which possess a strong relativistic effect called spin-orbit coupling are used. My proposal aims to study the properties of such materials and devices on a theoretical level. The direct collaboration with the experimental group at Nottingham will promote the applicability of the theoretical predictions, inspire new experiments and new theoretical investigations, and provide guidance in the design of the nanostructures. I will employ established theoretical models and techniques (such as the tight binding model and the Landauer Buttiker formalism) to calculate the magnetic and electrical properties of the devices. I will also use more advanced techniques (such as the non-equilibrium Green's function technique) to calculate the properties of the devices on ultra-fast timescales relevant to the speeds of information processing devices.I will complement these studies by inserting the results of the microscopic calculations into a macroscopic simulation and investigating the coupling of mechanical, electrical and magnetic degrees of freedom in nano-electro-mechanical systems (NEMS), which are devices such as nanoscale oscillating beams or cantilevers with potential applications as highly sensitive mass sensors and actuators. Such devices are also interesting for more fundamental studies of the overlap between quantum and classical physics.This proposal is motivated by both the academic and the commercial demand for developing a broader understanding of nanoscale devices made from metallic materials and multilayers possessing strong spin-orbit coupling and the search for new functionalities in such devices. The results of this work will lead the way to new non-volatile, electrically-manipulated memory devices.
许多现代数据存储和通信设备都是用磁性材料在很小的范围内制造的。例如,现代计算机硬盘驱动器和磁性随机存取存储器(MRAM)包含几十纳米大小的磁性元件。在这种装置中,磁性元件的磁化方向被用来存储信息。目前用于控制磁化方向的方法包括使用电流在局部产生磁场或使用一种称为自旋转移扭矩的效应来切换磁化。由于需要将产生磁场的组件与其他磁性设备集成在一起,这些技术具有诸如能量耗散和小型化限制等缺点。诺丁汉大学实验凝聚态研究小组正在研究解决这些问题的一种可能的方法,即制造一种通过施加电场或机械应变来控制磁性状态的装置。金属合金和多层材料具有很强的相对论效应,称为自旋轨道耦合。我的提案旨在从理论层面研究这些材料和器件的特性。与诺丁汉研究组的直接合作将促进理论预测的适用性,激发新的实验和新的理论研究,并为纳米结构的设计提供指导。我将使用已建立的理论模型和技术(如紧密结合模型和Landauer Buttiker形式)来计算器件的磁性和电学性质。我还将使用更先进的技术(如非平衡格林函数技术)来计算与信息处理设备速度相关的超快时间尺度上设备的特性。我将通过将微观计算的结果插入宏观模拟来补充这些研究,并研究纳米机电系统(NEMS)中机械、电气和磁性自由度的耦合,这些系统是纳米级振荡梁或悬臂等具有高灵敏度质量传感器和执行器潜在应用的设备。这种装置对于量子物理学和经典物理学之间的重叠的更基本的研究也很有趣。这一提议的动机是学术和商业需求,即发展对由金属材料和具有强自旋轨道耦合的多层材料制成的纳米级器件的更广泛理解,并在这些器件中寻找新的功能。这项工作的结果将导致新的非易失性,电操纵的存储设备。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Large-tunneling anisotropic magneto-Seebeck effect in a CoPt/MgO/Pt tunnel junction
CoPt/MgO/Pt 隧道结中的大隧道各向异性磁塞贝克效应
  • DOI:
    10.1103/physrevb.90.140406
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Amin V
  • 通讯作者:
    Amin V
Comparative study of tight-binding and ab initio electronic structure calculations focused on magnetic anisotropy in ordered CoPt alloy
以有序 CoPt 合金磁各向异性为重点的紧束缚和从头算电子结构计算的比较研究
Experimental observation of the optical spin-orbit torque
光学自旋轨道力矩的实验观测
  • DOI:
    10.48550/arxiv.1207.0307
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Tesarova N
  • 通讯作者:
    Tesarova N
Piezoelectric strain induced variation of the magnetic anisotropy in a high Curie temperature (Ga,Mn)As sample
  • DOI:
    10.1063/1.4746250
  • 发表时间:
    2012-08-20
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Casiraghi, A.;Rushforth, A. W.;Gallagher, B. L.
  • 通讯作者:
    Gallagher, B. L.
Spin-orbit torques in locally and globally noncentrosymmetric crystals: Antiferromagnets and ferromagnets
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2017-01-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Zelezny, J.;Gao, H.;Jungwirth, T.
  • 通讯作者:
    Jungwirth, T.
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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Karel Dušek

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  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 29.81万
  • 项目类别:
    Standard Grant
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