Effect of spin-polarized subbands in the inhomogeneous hole gas providing the indirect exchange in GaMnAs bilayers

The magnetic order resulting from the indirect exchange in the metallic phase of a (Ga,Mn)As/GaAs double layer structure is studied via Monte Carlo simulation. The polarization of the hole gas is taken into account, establishing a self-consistency between the magnetic order and the electronic structure. The Curie-Weiss temperatures calculated for these low-dimensional systems are in the range of 50-80 K, and the dependence of the transition temperature with the GaAs separation layer is established. (C) 2003 Published by Elsevier B.V.

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.

Ignition conditions for inertial confinement fusion targets with a nuclear spin-polarized DT fuel

The nuclear fusion cross-section is modified when the spins of the interacting nuclei are polarized. In the case of deuterium?tritium it has been theoretically predicted that the nuclear fusion cross-section could be increased by a factor d = 1.5 if all the nuclei were polarized. In inertial confinement fusion this would result in a modification of the required ignition conditions. Using numerical simulations it is found that the required hot-spot temperature and areal density can both be reduced by about 15% for a fully polarized nuclear fuel. Moreover, numerical simulations of a directly driven capsule show that the required laser power and energy to achieve a high gain scale as d-0.6 and d-0.4 respectively, while the maximum achievable energy gain scales as d0.9.

Cyclobutadiene automerization and rotation of ethylene: Energetics of the barriers by using Spin-polarized wave functions

Spin-projected spin polarized Møller–Plesset and spin polarized coupled clusters calculations have been made to estimate the cyclobutadiene automerization, the ethylene torsion barriers in their ground state, and the gap between the singlet and triplet states of ethylene. The results have been obtained optimizing the geometries at MP4 and/or CCSD levels, by an extensive Gaussian basis set. A comparative analysis with more complex calculations, up to MP5 and CCSDTQP, together with others from the literature, have also been made, showing the efficacy of using spin-polarized wave functions as a reference wave function for Møller–Plesset and coupled clusters calculations, in such problems.

Modeling of optical detection of spin-polarized carrier injection into light-emitting devices

We investigate the emission of multimodal polarized light from light emitting devices due to spin-aligned carrier injection. The results are derived through operator Langevin equations, which include thermal and carrier-injection fluctuations, as well as nonradiative recombination and electronic g-factor temperature dependence. We study the dynamics of the optoelectronic processes and show how the temperature-dependent g factor and magnetic field affect the degree of polarization of the emitted light. In addition, at high temperatures, thermal fluctuation reduces the efficiency of the optoelectronic detection method for measuring the degree of spin polarization of carrier injection into nonmagnetic semicondutors.

Spinpolarisierte Rastertunnelmikroskopie magnetischer Nanostrukturen am Beispiel von bcc-Co/Fe(110), Fe/Mo(110) und Kupfer-Phthalocyanin/Fe(110)

In dieser Arbeit werden, nach einer Einführung in die spinpolarisierte Rastertunnelmikroskopie und -spektroskopie als experimentelle Methode zur Untersuchung magnetischer Nanostrukturen, Ergebnisse zur spinpolarisierten elektronischen Struktur in Abhängigkeit von der Kristallstruktur am Beispiel ultradünner Co-Schichten sowie in Abhängigkeit von der Magnetisierungsrichtung für ultradünne Fe-Schichten vorgestellt. Hochaufgelöste Messungen zeigen die ortsabhängige Spinpolarisation auf einem einzelnen Kupfer-Phthalocyanin Molekül. rnrnKobalt wurde durch pseudomorphes Wachstum auf den (110)-Oberflächen der kubisch raumzentrierten Metalle Chrom und Eisen deponiert. Im Unterschied zu früheren Berichten in der Literatur lassen sich nur zwei Lagen Co in der kubisch raumzentrierten (bcc) Ordnung stabilisieren. Die bcc-Co Schichten auf der Fe(110)-Oberfläche zeigen keine Anzeichen von epitaktischen Verzerrungen. rnDickere Schichten rekonstruieren in eine dicht gepackte Struktur (hcp/fcc). Durch die bcc Ordnung wird die Spinpolarisation von Kobalt auf P=62% erhöht (hcp-Co: P=45%). rnrnDie temperaturabhängige Spinreorientierung (SRT) ultradünner Filme Fe/Mo(110) wurde mit spinpolarisierter Spektroskopie untersucht. Eine Neuausrichtung der Magnetisierung aus der senkrechten [110]-Achse in die in der Ebene liegenden [001]-Achse wird bei T=(13,2+-0,5)K festgestellt, wobei es sich um einen diskontinuierlichen Reorientierungsübergang handelt, d.h. die freie Energie weist innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs gleichzeitig zwei Minima auf. Weiterhin wird in der Mono- und Doppellage Fe/Mo(110 eine Abhängigkeit der elektronischen Struktur von der Ausrichtung der magnetisch leichten Achse und von der Magnetisierung beobachtet. rnrnDie Untersuchung des spinpolarisierten Ladungstransports durch ein Kupfer-Phthalocyanin-Molekül auf der Fe/Mo(110) Oberfläche liefert einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis des Spintransports an der Grenzfläche zwischen Metall und organischem Molekül. Die HOMO-LUMO-Energielücke des freien Moleküls wird durch die Wechselwirkung mit der Metalloberfläche mit Grenzflächenzuständen gefüllt. Diese Zustände reduzieren die Spinpolarisation des durch das Molekül fließenden Tunnelstroms durch einen zusätzlichen unpolarisierten Strombeitrag um einen Faktor zwei. Spinpolarisierte hybridisierte Grenzflächenzustände mit größerem Abstand zur Fermi-Energie führen in Abhängigkeit von der Position auf dem Molekül zu weiteren Beiträgen zur effektiven Spinpolarisation. Diese Untersuchungen belegen die Möglichkeit einer effektiven Spininjektion in organische Halbleiter und damit das Potential dieser Materialien für die weitere Entwicklung von Spintronik-Bauteilen.

Measurement of target single-spin asymmetry in charged kaon electroproduction on a transversely polarized 3He target

The subject of quark transverse spin and transverse momentum distribution are two current research frontier in understanding the spin structure of the nucleons. The goal of the research reported in this dissertation is to extract new information on the quark transversity distribution and the novel transverse-momentum-dependent Sivers function in the neutron. A semi-inclusive deep inelastic scattering experiment was performed at the Hall A of the Jefferson laboratory using 5.9 GeV electron beam and a transversely polarized ^{3}He target. The scattered electrons and the produced hadrons (pions, kaons, and protons) were detected in coincidence with two large magnetic spectrometers. By regularly flipping the spin direction of the transversely polarized target, the single-spin-asymmetry (SSA) of the semi-inclusive deep inelastic reaction ^{3}He^{uparrow}(e,e'h^{\pm})X was measured over the kinematic range 0.13 < x < 0.41 and 1.3 < Q^{2} < 3.1 (GeV)^{2}. The SSA contains several different azimuthal angular modulations which are convolutions of quarks distribution functions in the nucleons and the quark fragmentation functions into hadrons. It is from the extraction of the various ``moments'' of these azimuthal angular distributions (Collins moment and Sivers moment) that we obtain information on the quark transversity distribution and the novel T-odd Sivers function. In this dissertation, I first introduced the theoretical background and experimental status of nucleon spins and the physics of SSA. I will then present the experimental setup and data collection of the JLab E06-010 experiment. Details of data analysis will be discussed next with emphasis on the kaon particle identification and the Ring-Imaging Cherenkov detector which are my major responsibilities in this experiment. Finally, results on the kaon Collins and Sivers moments extracted from the Maximum Likelihood method will be presented and interpreted. I will conclude with a discussion on the future prospects for this research.

sigma- and pi-defects at graphene nanoribbon edges: Building spin filters

The presence of certain kinds of defects at the edges of monohydrogenated zigzag graphene nanoribbons changes dramatically the charge transport properties inducing a spin-polarized conductance. Using an approach based on density functional theory and nonequilibrium Green`s function formalism to calculate the transmittance, we classify the defects in different classes depending on their distinct transport properties: (i) sigma-defects, which do not affect the transmittance close to the Fermi energy (E(F)); and (ii) pi-defects, which cause a spin polarization of the transmittance and that can be further divided into either electron or hole defects if the spin transport polarization results in larger transmittance for the up or down spin channel, respectively.

EXACT AND APPROXIMATE RELATIONS FOR THE SPIN-DEPENDENCE OF THE EXCHANGE ENERGY IN HIGH MAGNETIC FIELDS

The exchange energy of an arbitrary collinear-spin many-body system in an external magnetic field is a functional of the spin-resolved charge and current densities, E(x)[n(up arrow), n(down arrow), j(up arrow), j(down arrow)]. Within the framework of density-functional theory (DFT), we show that the dependence of this functional on the four densities can be fully reconstructed from either of two extreme limits: a fully polarized system or a completely unpolarized system. Reconstruction from the limit of an unpolarized system yields a generalization of the Oliver-Perdew spin scaling relations from spin-DFT to current-DFT. Reconstruction from the limit of a fully polarized system is used to derive the high-field form of the local-spin-density approximation to current-DFT and to magnetic-field DFT.

Spin-dependent beating patterns in thermoelectric properties: Filtering the carriers of the heat flux in a Kondo adatom system

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Untersuchung von NEA-Photokathoden mittels zeitlich hochauflösender Vermessung von Intensitäts- und Spinpolarisationsverteilungen

Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung von Photokathoden mit negativer Elektronenaffinität (NEA) mittels zeitlich hochauflösender Vermessung der emittierten Ladungs- und Spinpolarisationsverteilungen nach Anregung mit einem ultrakurzen Laserpuls. Untersucht wurden uniaxial deformierte GaAsP-Photokathoden mit dünnen emittierenden Schichten (≤150nm), sowie undeformierte GaAs-Photokathoden mit unterschiedlichen Schichtdicken. Die Untersuchungen wurden an einer 100keV-Elektronenquelle durchgeführt, wie sie am Mainzer Mikrotron (MAMI) zur Erzeugung eines Spinpolarisierten Elektronenstrahls verwendet wird. Mit der Apparatur konnte eine Zeitauflösung von 2,5ps erreicht werden. Es zeigte sich, dass die tatsächliche Antwortzeit der Photokathoden die erreichte Zeitauflösung noch unterschreitet. Eine Depolarisation in den kurzen, wegen der Zeitauflösung auf 2,5ps begrenzten, Elektronenpulsen konnte aber nachgewiesen werden. Weiterhin wurde gezeigt, dass der Polarisationsverlust der emittierten Elektronen bei dünnen Schichten im Wesentlichen auf eine energiekorrelierte Depolarisation beim Durchqueren der Bandbiegungszone zurückzuführen ist. Als weiteres Resultat wird, für die GaAsP-Photokathoden mit einer Schichtdicke von 150nm, eine Obergrenze für die mittlere Emissionszeit von ≤1,25ps angegeben. Daraus ergibt sich nach dem hier verwendeten Diffusionsmodell eine Untergrenze für die Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit an der Bandbiegungszone von S≥1,2·10^7 cm/s.

Spin separation in digital ferromagnetic heterostructures

In a study of the ferromagnetic phase of a multilayer digital ferromagnetic semiconductor in the mean-field and effective-mass approximations, we find the exchange interaction to have the dominant energy scale of the problem, effectively controlling the spatial distribution of the carrier spins in the digital ferromagnetic heterostructures. In the ferromagnetic phase, the majority-spin and minority-spin carriers tend to be in different regions of the space (spin separation). Hence, the charge distribution of carriers also changes noticeably from the ferromagnetic to the paramagnetic phase. An example of a design to exploit these phenomena is given here.