Fizikai Tudományok Doktori Iskola

Témavezető: Dr. Szunyogh László

Tanszék/Intézet: BME Fizikai Intézet, Elméleti Fizika Tanszék

Mágneses szennyező atomok kölcsönhatásának és anizotrópiájának elméleti vizsgálata felület közelében

A kutatási téma néhány soros bemutatása

A mágneses vékonyrétegek és kisméretű nanostruktúrák számos új jelenséggel gazdagították szilárdtesfizikai ismereteinket, ugyanakkor, főként a nagysűrűségű mágneses adattárolás terén, fontos technológiai alkalmazások eszközeivé váltak. Elegendő csupán azt megemlíteni, hogy Peter Grünberg és Albert Fert 2007-ben fizikai Nobel díjat kaptak az óriás mágneses ellenállás (GMR) felfedezéséért.

A 90-es évek elején G. Chen és N. Giordano híg mágneses ötvözetekből készült vékony filmekben megfigyelte a Kondo-ellenállás anomális viselkedését. Ez a kísérleti megfigyelés motiválta két elméleti modell kidolgozását egy szennyező spin mágneses anizotrópia energiájának kiszámítására, amit a dolgozatom első részében ismertetek. A lokális (LSP) mechanizmus és a hordozó spin-pálya kölcsönhatás (HSP) mechanizmus közötti legfontosabb különbség, hogy az előbbiben a szennyező atomon lévő (lokális spin-pálya) csatolás, míg az utóbbiban a hordozó atomokon lévő spin-pálya csatolás okozza az anizotrópiát. Az anizotrópia a spektrálsűrűség felület által indukált Friedel-típusú oszcillációval hozható kapcsolatba. Analitikus és numerikus vizsgálataim mindkét modellben hasonló oszcilláló viselkedést mutattak az anizotrópia energiára a felülettől mért távolság függvényében: a periódus megegyezik a Fermi-felület valamely extremális vektorával, az amplitúdó pedig a távolság négyzetével fordított arányban csökken. Legfontosabb konklúzióm, hogy az LSP modell a Kondo hőmérséklettel összemérhető anizotrópia energiát eredményez a felülettől még 100 Å távolságra is, így kvantitatívan értelmezi a szennyező spin kifagyását és magyarázatot ad a kísérleti megfigyelésekre [1,2].

Félvezető heteroátmenetekben és bizonyos fémek, fémötvözetek felületein Shockley elektronállapotok alakulhatnak ki, melyek kiterjedése a felületre merőleges irányban lokalizált (kétdimenziós elektrongáz, 2DEG). A nem-mágneses hordozó felület leírására a korábbi vizsgálataimban is használt relativisztikus szoros kötés közelítésű kódot úgy alakítottam át, hogy az említett felületi állapotokat vizsgálhassam. Tömbi környezetben ismeretes a két távoli szennyező spin között fellépő RKKY kölcsönhatás. Kérdés, hogy milyen jellegű a kölcsönhatás a felületen található két szennyező spin esetén. Dolgozatom második részében ezzel kapcsolatos eredményeimet ismertetem, melynek lényege, hogy a kölcsönhatást a felületi állapotok által közvetített, a távolság négyzetével fordítottan arányos oszcilláló függvény írja le [3].

A relativisztikus spin-pálya kölcsönhatás következtében a Shockley állapotok felhasadnak. Fémes felületekre a jelenséget jól magyarázza a felület inverziószimmetria sértésén alapuló Bychkov-Rashba effektus, ami eredeti formájában a k-térben izotróp felhasadást jósol. Arany (111) felületen LaShell és munkatársai megfigyelték ezen állapotok karakterisztikus felhasadását fotoemissziós spektroszkópia segítségével. Ugyanakkor az utóbbi időben számos kísérlet és ab initio számítás mutatott ki anizotróp Bychkov–Rashba felhasadást. Az értekezés harmadik részében Au(111) és Au(110) felület esetén bemutatom a szoros kötésű modellből a felületi állapotok felhasadására kapott eredményeimet, valamint az anizotróp Rashba-paraméterek leírására egy k×p perturbációszámításon alapuló mikroszkopikus modellt [4].

[1] A. Szilva,  S. Gallego, and M. C. Munoz, B.L. Gyorffy, G. Zarand, L. Szunyogh: Friedel-oscillations-induced surface magnetic anisotropy, Phys. Rev. B 78, 195418 (2008).

[2] A. Szilva,  L. Szunyogh, G. Zarand, S. Gallego, and M. C. Munoz: Surface-induced magnetic anisotropy of impurities, IEEE Trans. Magn. 44, 2772 (2008).

[3] E. Simon, B. Ujfalussy, A. Szilva and L. Szunyogh: Anisotropy of exchange interactions between impurities on Cu(110) surface, Journal of Physics: Conference Series 200, 032067 (2010).

[4] E. Simon, A. Szilva, B. Ujfalussy, B. Lazarovits, G. Zarand and L. Szunyogh: Anisotropic Rashba splitting of surface states from the admixture of bulk states: Relativistic ab initio calculations and kp perturbation theory, Phys. Rev. B 81, 235438 (2010)

    [