Graphene sheet versus two-dimensional electron gas: A relativistic Fano spin filter via STM and AFM tips

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Imaging spin-filter efficiency of W(001) and Ir(001) single crystals

Während der letzten Jahre wurde für Spinfilter-Detektoren ein wesentlicher Schritt in Richtung stark erhöhter Effizienz vollzogen. Das ist eine wichtige Voraussetzung für spinaufgelöste Messungen mit Hilfe von modernen Elektronensp ektrometern und Impulsmikroskopen. In dieser Doktorarbeit wurden bisherige Arbeiten der parallel abbildenden Technik weiterentwickelt, die darauf beruht, dass ein elektronenoptisches Bild unter Ausnutzung der k-parallel Erhaltung in der Niedrigenergie-Elektronenbeugung auch nach einer Reflektion an einer kristallinen Oberfläche erhalten bleibt. Frühere Messungen basierend auf der spekularen Reflexion an einerrnW(001) Oberfläche [Kolbe et al., 2011; Tusche et al., 2011] wurden auf einenrnviel größeren Parameterbereich erweitert und mit Ir(001) wurde ein neues System untersucht, welches eine sehr viel längere Lebensdauer der gereinigten Kristalloberfläche im UHV aufweist. Die Streuenergie- und Einfallswinkel-“Landschaft” der Spinempfindlichkeit S und der Reflektivität I/I0 von gestreuten Elektronen wurde im Bereich von 13.7 - 36.7 eV Streuenergie und 30◦ - 60◦ Streuwinkel gemessen. Die dazu neu aufgebaute Messanordnung umfasst eine spinpolarisierte GaAs Elektronenquellernund einen drehbaren Elektronendetektor (Delayline Detektor) zur ortsauflösenden Detektion der gestreuten Elektronen. Die Ergebnisse zeigen mehrere Regionen mit hoher Asymmetrie und großem Gütefaktor (figure of merit FoM), definiert als S2 · I/I0. Diese Regionen eröffnen einen Weg für eine deutliche Verbesserung der Vielkanal-Spinfiltertechnik für die Elektronenspektroskopie und Impulsmikroskopie. Im praktischen Einsatz erwies sich die Ir(001)-Einkristalloberfläche in Bezug auf längere Lebensdauer im UHV (ca. 1 Messtag), verbunden mit hoher FOM als sehr vielversprechend. Der Ir(001)-Detektor wurde in Verbindung mit einem Halbkugelanalysator bei einem zeitaufgelösten Experiment im Femtosekunden-Bereich am Freie-Elektronen-Laser FLASH bei DESY eingesetzt. Als gute Arbeitspunkte erwiesen sich 45◦ Streuwinkel und 39 eV Streuenergie, mit einer nutzbaren Energiebreite von 5 eV, sowie 10 eV Streuenergie mit einem schmaleren Profil von < 1 eV aber etwa 10× größerer Gütefunktion. Die Spinasymmetrie erreicht Werte bis 70 %, was den Einfluss von apparativen Asymmetrien deutlich reduziert. Die resultierende Messungen und Energie-Winkel-Landschaft zeigt recht gute Übereinstimmung mit der Theorie (relativistic layer-KKR SPLEED code [Braun et al., 2013; Feder et al.,rn2012])

Dimensionality effects in the local density of states of ferromagnetic hosts probed via STM: Spin-polarized quantum beats and spin filtering

We theoretically investigate the local density of states (LDOS) probed by an STM tip of ferromagnetic metals hosting a single adatom and a subsurface impurity. We model the system via the two-impurity Anderson Hamiltonian. By using the equation of motion with the relevant Green's functions, we derive analytical expressions for the LDOS of two host types: a surface and a quantum wire. The LDOS reveals Friedel-like oscillations and Fano interference as a function of the STM tip position. These oscillations strongly depend on the host dimension. Interestingly, we find that the spin-dependent Fermi wave numbers of the hosts give rise to spin-polarized quantum beats in the LDOS. Although the LDOS for the metallic surface shows a damped beating pattern, it exhibits the opposite behavior in the quantum wire. Due to this absence of damping, the wire operates as a spatially resolved spin filter with a high efficiency. © 2013 American Physical Society.

Batimentos quânticos dependentes do SPIN via STM

Pós-graduação em Ciência dos Materiais - FEIS

Interplay between sublattice and spin symmetry breaking in graphene

We study the effect of sublattice symmetry breaking on the electronic, magnetic, and transport properties of two-dimensional graphene as well as zigzag terminated one- and zero-dimensional graphene nanostructures. The systems are described with the Hubbard model within the collinear mean field approximation. We prove that for the noninteracting bipartite lattice with an unequal number of atoms in each sublattice, in-gap states still exist in the presence of a staggered on-site potential ±Δ/2. We compute the phase diagram of both 2D and 1D graphene with zigzag edges, at half filling, defined by the normalized interaction strength U/t and Δ/t, where t is the first neighbor hopping. In the case of 2D we find that the system is always insulating, and we find the Uc(Δ) curve above which the system goes antiferromagnetic. In 1D we find that the system undergoes a phase transition from nonmagnetic insulator for Uspin filter effect.

Disorder-based graphene spintronics

The use of the spin of the electron as the ultimate logic bit-in what has been dubbed spintronics-can lead to a novel way of thinking about information flow. At the same time single-layer graphene has been the subject of intense research due to its potential application in nanoscale electronics. While defects can significantly alter the electronic properties of nanoscopic systems, the lack of control can lead to seemingly deleterious effects arising from the random arrangement of such impurities. Here we demonstrate, using ab initio density functional theory and non-equilibrium Green`s functions calculations, that it is possible to obtain perfect spin selectivity in doped graphene nanoribbons to produce a perfect spin filter. We show that initially unpolarized electrons entering the system give rise to 100% polarization of the current due to random disorder. This effect is explained in terms of different localization lengths for each spin channel which leads to a new mechanism for the spin filtering effect that is disorder-driven.

IxV Curves of Boron and Nitrogen Doping Zigzag Graphene Nanoribbons

We investigate the transport properties (IxV curves and zero bias transmittance) of pristine graphene nanoribbons (GNRs) as well as doped with boron and nitrogen using an approach that combines nonequilibrium Green`s functions and density functional theory (DFT) [NEGF-DFT]. Even for a pristine nanoribbon we verify a spin-filter effect under finite bias voltage when the leads have an antiparallel magnetization. The presence of the impurities at the edges of monohydrogenated zigzag GNRs changes dramatically the charge transport properties inducing a spin-polarized conductance. The IxV curves for these systems show that depending on the bias voltage the spin polarization can be inverted. (C) 2010 Wiley Periodicals, Inc. Int J Quantum Chem 111: 1379-1386, 2011

O grafeno versus gás de elétrons 2d: filtro fano relativístico de spins por meio de pontas de afm e stm

Pós-graduação em Ciência dos Materiais - FEIS

Messung der paritätsverletzenden Neutronenspin-Rotation in 139 La unter Einsatz von 3 He-Neutronenspin-Filtern

Die Machbarkeit der Detektion einer P,T-Verletzung in der Neutron-Kern-p-Wellenresonanz von La-139 wird untersucht. Als experimentelleVerbesserung wurde der He-3- Neutronenspin- Filter (He-3-NSF) getestet. Mit einem He-3-NSF als Polarisationsanalysator wurde die rein P-verletzende Neutronenspin-Rotation in 139La erstmals mit guter Genauigkeit unmittelbar in der Resonanz bestimmt. Das schwache Matrixelement betrug v=1.51(5)stat(7)syst meV. Es wurde ein adiabatischer He-3-Spin-Rotator entwickelt und erfolgreich getestet, welcher es erlaubt, die Richtung der He-3-Polarisation einzustellen. Dies kann die bei Polarisationsmessungen üblichen Spinpräzessionsspulen ersetzen. Das Problem der Unterdrückung apparativer Falscheffekte während einer P,T-Detektion wird diskutiert und konnte jedoch noch nicht gelöst werden.

Vielkanal-Spinpolarimeter für energie- und winkeldispersive Photoemissionsmessungen

Spinpolarisationsmessungen an freien Elektronen sind seit ihrer ersten Verwirklichung durch Mott anspruchsvoll geblieben. Die relevante Größe eines Spinpolarimeters ist seine Gütefunktion, FoM = S^2*I/I_0, mit der Asymmetriefunktion S und dem Verhältnis aus Streu- und Primärintensität I/I_0. Alle bisherigen Geräte basieren auf einer einkanaligen Streuung (Spin-Bahn- oder Austauschwechselwirkung), die durch FoM = 10^(-4) charakterisiert ist. Moderne Halbkugelanalysatoren ermöglichen hingegen eine effiziente Vielkanaldetektion der spinintegralen Intensität mit mehr als 10^4 simultan erfassten Datenpunkten. Im Vergleich zwischen spinaufgelöster und spinintegraler Elektronenspektroskopie findet man somit einen Effizienzunterschied von 8 Größenordnungen.rnDie vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und Untersuchung eines neuartigen Verfahrens zur Effizienzsteigerung in der spinaufgelösten Elektronenspektroskopie unter Ausnutzung von Vielkanaldetektion. Der Spindetektor wurde in eine µ-metallgeschirmte UHV-Kammer integriert und hinter einem konventionellen Halbkugelanalysator angebracht. Durch elektronenoptische Simulationen wurde die Geometrie des elektrostatischen Linsensystems festgelegt. Das Grundkonzept basiert auf der k(senkrecht)-erhaltenden elastischen Streuung des (0,0)-Spekularstrahls an einem W(100)- Streukristall unter einem Einfallswinkel von 45°. Es konnte gezeigt werden, dass etwarn960 Datenpunkte (15 Energie- und 64 Winkelpunkte) in einem Energiebereich vonrnetwa 3 eV simultan auf einen Delayline-Detektor abgebildet werden können. Dies führt zu einer zweidimensionalen Gütefunktion von FoM_2D = 1,7. Verglichen mit konventionellen Spindetektoren ist der neuartige Ansatz somit durch einen Effizienzgewinn von 4 Größenordnungen gekennzeichnet.rnDurch Messungen einer Fe/MgO(100) und O p(1x1)/Fe(100)-Probe konnte die Funktionstüchtigkeit des neuen Spinpolarimeters nachgewiesen werden, indem die aus der Literatur bekannten typischen UPS-Ergebnisse mit stark verkürzter Messzeit reproduziert wurden. Durch die hohe Effizienz ist es möglich, besonders reaktive Oberflächen in kurzer Zeit zu vermessen. Dieser Vorteil wurde bereits für eine erste grundlagenorientierte Anwendung genutzt: Als Test für die Gültigkeit von Bandstrukturrechnungen für die Heusler-Verbindung Co_2MnGa, wobei eine gute Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment gefunden wurde.rnMit dem Vielkanal-Spinfilter wurde die Grundlage zu einem um Größenordnungen verbesserten Messverfahren der Elektronenspin-Polarisation geschaffen und damit der Zugang zu Experimenten eröffnet, die mit den bisherigen einkanaligen Detektoren nicht möglich sind.rn

Electron paramagnetic resonance investigation of the free radicals in the gas and particulate phases of cigarette smoke using spin-trapping techniques

Free radicals in cigarette smoke have been studied using spin trapping EPR techniques. 2R4F reference cigarettes were smoked using 35 ml puff volumes of 2 seconds duration, once every 60 seconds. The particulate phase of the smoke was separated from the gas phase by passing the smoke through a Cambridge filter pad. For both phases, free radicals were measured and identified. A range of spin-traps was employed: PBN, DMPO, DEPMPO, and DPPH-PBN. In the gas-phase, short-lived carbon- and oxygen- centered radicals were identified; the ratios between them changed during the smoking runs. For the first puffs, C-centered radicals predominated while for the later puffs, O-centered radicals were mainly observed. The particulate phase and the ‘tar’ were studied as well.

3D nanoimprint technology for NIR Fabry-Pérot filter arrays

Im Rahmen dieser Arbeit wird die Herstellung von miniaturisierten NIR-Spektrometern auf Basis von Fabry-Pérot (FP) Filter Arrays behandelt. Bisher ist die kostengünstige Strukturierung von homogenen und vertikal erweiterten Kavitäten für NIR FP-Filter mittels Nanoimprint Technologie noch nicht verfügbar, weil die Qualität der Schichten des Prägematerials unzureichend ist und die geringe Mobilität der Prägematerialien nicht ausreicht, um die vertikal erweiterten Kavitäten zu füllen. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Reduzierung des technischen Aufwands zur Herstellung von homogenen und vertikal erweiterten Kavitäten. Zur Strukturierung der Kavitäten wird ein großflächiger substratkonformer UV-Nanoimprint Prozess (SCIL - Substrate Conformal Imprint Lithoghaphy) verwendet, der auf einem Hybridstempel basiert und Vorteile von harten und weichen Stempeln vereint. Um die genannten Limitierungen zu beseitigen, werden alternative Designs der Kavitäten untersucht und ein neues Prägematerial eingesetzt. Drei Designlösungen zur Herstellung von homogenen und erweiterten Kavitäten werden untersucht und verglichen: (i) Das Aufbringen des Prägematerials mittel mehrfacher Rotationsbeschichtung, um eine höhere Schichtdicke des Prägematerials vor dem Prägeprozess zu erzeugen, (ii) die Verwendung einer hybriden Kavität bestehend aus einer strukturierten Schicht des Prägematerials eingebettet zwischen zwei Siliziumoxidschichten, um die Schichtdicke der organischen Kavität zu erweitern und (iii) die Optimierung des Prägeprozesses durch Verwendung eines neuen Prägematerials. Die mit diesen drei Ansätzen hergestellten FP-Filter Arrays zeigen, hohe Transmissionen (beste Transmission > 90%) und kleine Linienbreiten (Halbwertsbreiten <5 nm).

Dna Extraction From Filter-paper Spots Of Vaginal Samples Collected After Sexual Violence.

To detect the presence of male DNA in vaginal samples collected from survivors of sexual violence and stored on filter paper. A pilot study was conducted to evaluate 10 vaginal samples spotted on sterile filter paper: 6 collected at random in April 2009 and 4 in October 2010. Time between sexual assault and sample collection was 4-48hours. After drying at room temperature, the samples were placed in a sterile envelope and stored for 2-3years until processing. DNA extraction was confirmed by polymerase chain reaction for human β-globin, and the presence of prostate-specific antigen (PSA) was quantified. The presence of the Y chromosome was detected using primers for sequences in the TSPY (Y7/Y8 and DYS14) and SRY genes. β-Globin was detected in all 10 samples, while 2 samples were positive for PSA. Half of the samples amplified the Y7/Y8 and DYS14 sequences of the TSPY gene and 30% amplified the SRY gene sequence of the Y chromosome. Four male samples and 1 female sample served as controls. Filter-paper spots stored for periods of up to 3years proved adequate for preserving genetic material from vaginal samples collected following sexual violence.

Extreme Harmonic Generation In Electrically Driven Spin Resonance.

We report the observation of multiple harmonic generation in electric dipole spin resonance in an InAs nanowire double quantum dot. The harmonics display a remarkable detuning dependence: near the interdot charge transition as many as eight harmonics are observed, while at large detunings we only observe the fundamental spin resonance condition. The detuning dependence indicates that the observed harmonics may be due to Landau-Zener transition dynamics at anticrossings in the energy level spectrum.

Measurement Of Longitudinal Spin Asymmetries For Weak Boson Production In Polarized Proton-proton Collisions At Rhic.

We report measurements of single- and double-spin asymmetries for W^{±} and Z/γ^{*} boson production in longitudinally polarized p+p collisions at sqrt[s]=510  GeV by the STAR experiment at RHIC. The asymmetries for W^{±} were measured as a function of the decay lepton pseudorapidity, which provides a theoretically clean probe of the proton's polarized quark distributions at the scale of the W mass. The results are compared to theoretical predictions, constrained by polarized deep inelastic scattering measurements, and show a preference for a sizable, positive up antiquark polarization in the range 0.05