Spintronics: Magnetic phenomena in superoxide interfaces, YBCO/LCMO study
Creators: name: Ξενιώτη, Δήμητρα Χαράλαμπου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2012
Subjects: Υπολογισμός ηλεκτρονικής δομής από πρώτες αρχές
Διεπιφάνεια υπεροξειδίων
Θεωρία του συναρτησιακού της πυκνότητας
Ab initio calculations of electronic structures
Superoxide interfaces
Density Functional Theory (DFT)

description: Στις μέρες μας, έχει αναπτυχθεί μία νέα τεχνολογία, γνωστή με τον όρο spintronics (spin transport electronics or spin-based electronics). Η διαφορά με τις γνωστές τεχνολογίες, εδώ, είναι ότι λαμβάνεται υπόψη, εκτός από το ηλεκτρικό φορτίο, και το σπιν, των υλικών προς μελέτη, το οποίο μπορεί και να μεταφέρει πληροφορίες. Αυτό το γεγονός μπορεί να φέρει στο φως μια νέα γενιά ηλεκτρονικών συσκευών, όπου θα συνδυάζονται οι συνήθεις μικροηλεκτρονικές ιδιότητες με φαινόμενα εξαρτώμενα από το σπιν του εκάστοτε φορέα, που θα προκύπτουν από την αλληλεπίδραση αυτού του σπιν με τις μαγνητικές ιδιότητες του υλικού. Μερικά από τα αναμενόμενα πλεονεκτήματα τέτοιου είδους ηλεκτρονικών προϊόντων είναι η απουσία αστάθειας(nonvolatility), η μεγαλύτερη ταχύτητα επεξεργασίας δεδομένων (data processing speed), και η μειωμένη κατανάλωση ενέργειας, σε σχέση με τις συμβατικές συσκευές ημιαγωγών. Προς αυτή την κατεύθυνση, τα τελευταία χρόνια, μεγάλη προσοχή έχει δοθεί ερευνητικά, στη μελέτη διατάξεων υπεροξειδίων. Πιο συγκεκριμένα, με κατάλληλες μεθόδους ατομικής ακρίβειας, κατασκευάζονται υλικά με εναλλασσόμενες επιφάνειες διαφορετικών οξειδίων, συνήθως ενός υπεραγώγιμου και ενός φερρομαγνητικού υλικού. Στη διεπιφάνεια τέτοιου είδους υπεροξειδίων έχουν παρατηρηθεί μη αναμενόμενα φαινόμενα, όπως υψηλή κρίσιμη θερμοκρασία μεταφοράς TC στους υπεραγωγούς ή μεγάλες τιμές μαγνητικής αντίστασης (CMR). Στην παρούσα εργασία, αρχικά γίνεται μια πρώτη προσέγγιση στη κύρια υπολογιστική μέθοδο μελέτης της ηλεκτρονικής δομής υλικών, την Density Functional Theory (DFT) με τη χρήση ψευδοδυναμικών (pseudopotentials) , ενώ στη συνέχεια μελετώνται φαινόμενα αλληλεπίδρασης τροχιακών στη διεπιφάνεια ενός υπεραγώγιμου και ενός φερρομαγνητικού οξειδίου,(Y,Ca)Ba2 Cu3O7 (YBCO) και La2/3Ca 1/3 MnO3 (LCMO) , αντίστοιχα. Η μελέτη γίνεται με το υπολογιστικό πακέτο εφαρμογής DFT , Quantum Espresso. Η εργασία στηρίζεται στη μελέτη των Chakhalian et al. (2007) οι οποίοι κατασκεύασαν μία τέτοια δομή και παρατήρησαν τη μεταφορά φορτίου από το οξείδιο Mn στο οξείδιο του Cu , με τη χρήση ακτίνων X (XMCD, XRMS) . Έτσι, και στη δική μας εργασία, επιβεβαιώνεται η συνεισφορά του Cu στην συνολική πυκνότητα καταστάσεων και η φερρομαγνητική συμπεριφορά του στη διεπιφάνεια του υπεροξειδίου, κάτι που δεν παρατηρείται σε μεμονωμένα κομμάτια οξειδίων του Cu ή σε άτομα Cu . Επομένως, η συμπεριφορά αυτή αποδίδεται στην αλληλεπίδραση των τροχιακών του Cu με τα αντίστοιχα τροχιακά του Mn , λόγω του δεσμού Mn-O-Cu που σχηματίζεται στη διεπιφάνεια της εν λόγω δομής.
description: Nowadays, a new technology has been developed, known widely as spintronics (spin transport electronics or spin-based electronics). The difference between this new technology and the already known technologies is that here, the spin of the electron is also taken into account and can carry information as the charge does in conventional devices. This fact can give birth to a new generation of devices combining standard microelectronics with spin-dependent effects that arise from the interaction between spin of the carrier and the magnetic properties of the material. Some of the advantages of these new devices would be nonvolatility, increased data processing speed and decreased electric power consumption, compared with standard semiconductor devices. To that direction, during the past years, much research has been done to study multilayer heterostructures of oxide materials, mentioned also as superoxides. Usually the layers are constructed using a superconductor and a ferromagnet alternately. The combination of these materials in the interface reveals new quantum states, uncovering exotic properties and unexpected phenomena, such as high critical temperature TC for superconductors, or Colossal Magneroresistance (CMR). In our work, firstly we study the principles of the Density Functional Theory (DFT) with the use of pseudopotentials. Then, we study the electronic structure of the interface between a ferromagnetic and a superconducting oxide, (Y,Ca)Ba2 Cu3O7 (YBCO) and La2/3Ca 1/3 MnO3 (LCMO), respectively, using the Open-Source package of Quantum Espresso. This thesis is based on the work of Chakhalian et al. (2007) [1] and was carried out at the University of Strasbourg, France.
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)