The location of Ti atom in sodium alanate : an ab initio spin-polarised study

In this work, ab initio spin-polarised Density Functional Theory (DFT) calculations are performed to study the interaction of a Ti atom with a NaAlH4(001) surface. We confirm that an interstitially located Ti atom in the NaAlH4 subsurface is the most energetically favoured configuration as recently reported (Chem. Comm. (17) 2006, 1822). On the NaAlH4(001) surface, the Ti atom is most stable when adsorbed between two sodium atoms with an AlH4 unit beneath. A Ti atom on top of an Al atom is also found to be an important structure at low temperatures. The diffusion of Ti from the Al-top site to the Na-bridging site has a low activation barrier of 0.20 eV and may be activated at the experimental temperatures (∼323 K). The diffusion of a Ti atom into the energetically favoured subsurface interstitial site occurs via the Na-bridging surface site and is essentially barrierless.

Spin-dependent transport and spin polarization in coupled quantum wells

We theoretically investigate the electron transport and spin polarization of two coupled quantum wells with Dresselhaus spin-orbit interaction. In analogy with the optical dual-channel directional coupler, the resonant tunneling effect is treated by the coupled-mode equations. We demonstrate that spin-up and -down electrons can be completely separated from each other for the system with an appropriate system geometry and a controllable barrier. Our result provides a new approach to construct spin-switching devices without containing any magnetic materials or applying a magnetic field. (C) 2008 American Institute of Physics. [DOI: 10.1063/1.2981204]

Measuring spin diffusion of electrons in bulk n-GaAs using circularly dichromatic absorption difference spectroscopy of spin gratings

Circular dichromatic absorption difference spectroscopy is developed to measure the spin diffusion dynamics of electrons in bulk n-GaAs. This spectroscopy has higher detection sensitivity over homodyne detection of spin-grating-diffracted signal. A model to describe circular dichromatic absorption difference signal is derived and used to fit experimental signal to retrieve decaying rate of spin gratings. A spin diffusion constant of D-s=201 +/- 25 cm(2)/s for bulk n-GaAs has been measured at room temperature using this technique and is close to electron diffusion constant (D-c), which is much different from the case in GaAs quantum wells where D-s is markedly less than D-c.

Spin precession induced by an effective magnetic field in a two-dimensional electron gas

We theoretically study the spatial behaviors of the spin precession in a two-dimensional electron system with spin-orbit interaction. Through analysis of interaction between the spin and the effective magnetic field in the system, we obtain the general conditions to generate a persistent spin helix and predict a persistent spin helix pattern in [001]-grown quantum wells. Particularly, we demonstrate that the phase of spin can be locked to propagate in a quantum well with SU(2) symmetry.

Spin-dependent transport through Cd1-xMnxTe diluted magnetic semiconductor quantum dots

We theoretically investigate the spin-dependent transport through Cd1-xMnxTe diluted magnetic semiconductor (DMS) quantum dots (QD's) under the influence of both the external electric field and magnetic field using the recursion method. Our results show that (1) it can get a 100% polarized electric current by using suitable structure parameters; (2) for a fixed Cd1-xMnxTe DMS QD, the wider the system is, the more quickly the transmission coefficient increases; (3) for a fixed system length, the transmission peaks of the spin-up electrons move to lower Fermi energy with increasing Cd1-xMnxTe DMS QD radius, while the transmission of the spin-down electrons is almost unchanged; (4) the spin-polarized effect is slightly increased for larger magnetic fields; (5) the external static electric field moves the transmission peaks to higher or lower Fermi energy depending on the direction of the applied field; and (6) the spin-polarized effect decreases as the band offset increases. Our calculated results may be useful for the application of Cd1-xMnxTe DMS QD's to the spin-dependent microelectronic and optoelectronic devices.

Spin-polarized transport of two-dimensional electron gas embedded in a diluted magnetic semiconductor

The spin-polarized transport property of a diluted magnetic semiconductor two-dimensional electron gas is investigated theoretically at low temperature. A large current polarization can be found in this system even at small magnetic fields and oscillates with increasing magnetic field while the carrier polarization is vanishingly small. The magnitude as well as the sign of the current polarization can be tuned by varying magnetic field, the electron density and the Mn concentration. (c) 2005 American Institute of Physics.

Spin-polarized transport through an Aharonov-Bohm interferometer with Rashba spin-orbit interaction

We study electron transport through an Aharonov-Bohm (AB) interferometer with a noninteracting quantum dot in each of its arms. Both a magnetic flux phi threading through the AB ring and the Rashba spin-orbit (SO) interaction inside the two dots are taken into account. Due to the existence of the SO interaction, the electrons flowing through different arms of the AB ring will acquire a spin-dependent phase factor in the tunnel-coupling strengths. This phase factor, as well as the influence of the magnetic flux, will induce various interesting interference phenomena. We show that the conductance and the local density of states can become spin polarized by tuning the magnetic flux and the Rashba interaction strength. Under certain circumstances, a pure spin-up or spin-down conductance can be obtained when a spin-unpolarized current is injected from the external leads. Therefore, the electron spin can be manipulated by adjusting the Rashba spin-orbit strength and the structure parameters. (c) 2006 American Institute of Physics.

Interplay between s-d exchange interaction and Rashba effect: Spin-polarized transport

The authors investigate the spin-polarized transport properties of a two-dimensional electron gas in a n-type diluted magnetic narrow gap semiconductor quantum well subjected to perpendicular magnetic and electric fields. Interesting beating patterns in the magnetoresistance are found which can be tuned significantly by varying the electric field. A resonant enhancement of spin-polarized current is found which is induced by the competition between the s-d exchange interaction and the Rashba effect [Y. A. Bychkov and E. I. Rashba, J. Phys. C 17, 6039 (1984)]. (c) 2006 American Institute of Physics.

Spin-polarized transport in one-dimensional waveguide structures with spatially periodic electric fields

We investigate theoretically spin-polarized transport in a one-dimensional waveguide structure under spatially periodic electric fields. Strong spin-polarized current can be obtained by tuning the external electric fields. It is interesting to find that the spin-dependent transmissions exhibit gaps at various electron momenta and/or gate lengths, and the gap width increases with increasing the strength of the Rashba effect. The strong spin-polarized current arises from the different transmission gaps of the spin-up and spin-down electrons. (c) 2006 American Institute of Physics.

Spin-polarized transport in a lateral two-dimensional diluted magnetic semiconductor electron gas

The transport property of a lateral two-dimensional paramagnetic diluted magnetic semiconductor electron gas under a spatially periodic magnetic field is investigated theoretically. We find that the electron Fermi velocity along the modulation direction is highly spin dependent even if the spin polarization of the carrier population is negligibly small. It turns out that this spin-polarized Fermi velocity alone can lead to a strong spin polarization of the current, which is still robust against the energy broadening effect induced by the impurity scattering. (c) 2006 American Institute of Physics.

Spin-polarized transport in one-dimensional waveguide structures with spatially-periodic electronic and magnetic fields

We investigate theoretically the spin-polarized transport in one-dimensional waveguide structure with spatially-periodic electronic and magnetic fields. The interplay of the spin-orbit interaction and in-plane magnetic field significantly modifies the spin-dependent transmission and the spin polarization. The in-plane magnetic fields increase the strength of the Rashba spin-orbit coupling effect for the electric fields along y axis and decrease this effect for reversing the electric fields, even counteract the Rashba spin-orbit coupling effect. It is very interesting to find that we may deduce the strength of the Rashba effect through this phenomenon. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Spin-polarized transport in II-VI diluted magnetic semiconductors superlattices

We studied the spin-polarized charge densities in II-VI-based diluted magnetic superlattices formed of p-doped ZnTe:Mg/ZnTe:TM/ZnTe:Mg non-magnetic/magnetic/non-magnetic layers, with TM standing for transition metal. The calculations were performed within a self-consistent k.p method, in which are also taken into account the exchange correlation effects in the local density approximation. Our results show a limit for the width of the non-magnetic layer for which the difference between the opposite spin charge densities is maximized, indicating the best conditions to obtain full polarization by varying the TM content. We also discuss these effects in the calculated photoluminescence spectra. Our findings point to the possibility of engineering the spin-polarized charge distribution by varying the widths of the magnetic and non-magnetic layers and/or varying the TM concentration in the magnetic layers, thus providing a guide for future experiments. (c) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Spin polarized transport in manganese oxide double-perovskite thin films

Gegenstand dieser Arbeit war die Untersuchung von metallischen gemischtvalenten Manganaten und magnetischen Doppelperowskiten. Aufgrund ihres großen negativen Magnetowiderstandes (MW) sind diese halbmetallischen Oxide interessant für mögliche technische Anwendungen, z.B. als Leseköpfe in Festplatten. Es wurden die kristallographischen, elektronischen und magnetischen Eigenschaften von epitaktischen Dünnschichten und polykristallinen Pulverproben bestimmt.Epitaktische Dünnschichten der Verbindungen La_0.67Ca_0.33MnO₃ und La_0.67Sr_0.33MnO₃ wurdenmit Kaltkathodenzerstäubung und Laserablation auf einkristallinen Substraten wie SrTiO₃abgeschieden. Mit Hall-Effekt Messungen wurde ein Zusammenbruch der Ladungsträgerdichte bei der Curie-Temperatur T_C beobachtet.Mit dem Wechsel des Dotierungsatoms A von Ca (T_C=232 K) zu Sr (T_C=345 K)in La_0.67A_0.33MnO₃ konnte die Feldsensitivität des Widerstandes bei Raumtemperatur gesteigert werden. Um die Sensitivität weiter zu erhöhen wurde die hohe Spinpolarisation von nahezu 100% in Tunnelexperimenten ausgenutzt. Dazu wurden biepitaktische La_0.67Ca_0.33MnO₃ Schichten auf SrTiO₃ Bikristallsubstraten hergestellt. Die Abhängigkeit des Tunnelmagnetowiderstandes (TMW) vom magnetischen Feld, Temperatur und Strum war ein Schwerpunkt der Untersuchung. Mittels spinpolarisierten Tunnelns durch die künstliche Korngrenze konnte ein hysteretischer TMW von 70% bei 4 K in kleinen Magnetfeldern von 120 Oe gemessen werden. Eine weitere magnetische Oxidverbindung, der Doppelperowskit Sr₂FeMoO₆ miteine Curie-Temperatur oberhalb 400 K und einem großen MW wurde mittels Laserablation hergestellt. Die Proben zeigten erstmals das Sättigunsmoment, welches von einer idealen ferrimagnetischen Anordnung der Fe und Mo Ionen erwartet wird. Mit Hilfe von Magnetotransportmessungen und Röntgendiffraktometrie konnte eine Abhängigkeit zwischen Kristallstruktur (Ordnung oder Unordnung im Fe, Mo Untergitter) und elektronischem Transport (metallisch oder halbleitend) aufgedeckt werden.Eine zweiter Doppelperowskit Ca₂FeReO₆ wurde im Detail als Pulverprobe untersucht. Diese Verbindung besitzt die höchste Curie-Temperatur von 540 K, die bis jetzt in magnetischen Perowskiten gefunden wurde. Mit Neutronenstreuung wurde eine verzerrte monoklinische Struktur und eine Phasenseparation aufgedeckt.

Spin polarised Heusler compounds

In der vorliegenden Dissertation dient ein einfaches Konzept zur Systematisierung der Suche nach neuen Materialien mit hoher Spinpolarisation. Dieses Konzept basiert auf zwei semi-empirischen Modellen. Zum einen kann die Slater-Pauling Regel zur Abschätzung magnetischer Momente verwendet werden. Dieses Modell wird dabei durch Rechnungen zur elektronischen Struktur unterstützt. Das zweites Modell kann insbesondere für die Co2YZ Heusler Verbindungen beim Vergleich ihrer magnetischen Eigenschaften gefunden werden. Für diese Verbindungen ergibt sich eine scheinbare lineare Abhängigkeit der Curie-Temperatur beim Auftragen als Funktion des magnetischen Momentes. Angeregt durch diese Modelle wurde die Heusler Verbindung Co2FeSi nochmals detailliert im Hinblick auf ihre geometrische und magnetische Struktur hin untersucht. Als Methoden dienten dabei die Pulver-Röntgenbeugung, die EXAFS Spektroskopie, Röntgen Absorptions- and Mößbauer Spektroskopie sowie Hoch- und Tieftemperatur Magnetometrie, XMCD and DSC. Die Messungen zeigten, dass es sich bei Co2FeSi um das Material mit dem höchsten magnetischen Moment (6 B) und der höchsten Curie Temperatur (1100 K) sowohl in der Klasse der Heusler Verbindungen als auch in der Klasse der halbmetallischen Ferromagnete handelt. Zusätzlich werden alle experimentellen Ergebnisse durch detaillierte Rechnungen zur elektronischen Struktur unterstützt. Die gleichen Konzepte wurden verwendet, um die Eigenschaften der Heusler Verbindung Co2Cr1-xFexAl vorherzusagen. Die elektronische Struktur und die spektroskopischen Eigenschaften wurden mit der voll-relativistischen Korringa-Kohn-Rostocker Methode berechnet, unter Verwendung kohärenter Potentialnäherungen um der zufälligen Verteilung von Cr und Fe Atomen sowie zufälliger Unordnung Rechnung zu tragen. Magnetische Effekte wurden durch die Verwendung Spin-abhängiger Potentiale im Rahmen der lokalen Spin-Dichte-Näherung mit eingeschlossen. Die strukturellen und chemischen Eigenschaften der quaternären Heusler Verbindung Co2Cr1-xFexAl wurden an Pulver und Bulkproben gemessen. Die Fernordnung wurde mit der Pulver Röntgenbeugung und Neutronenbeugung untersucht, während die Nahordnung mit der EXAFS Spektroskopie aufgeklärt wurde. Die magnetische Struktur von Pulver und Bulkproben wurde mitttels 57Fe-Mößbauer Spektroskopie gemessen. Die chemische Zusammensetzung wurde durch XPS analysiert. Die Ergebnisse dieser Methoden wurden verglichen, um eine Einsicht in die Unterschiede zwischen Oberflächen und Volumeneigenschaften zu erlangen sowie in das Auftreten von Fehlordnung in solchen Verbindungen. Zusätzlich wurde XMCD an den L3,2 Kanten von Co, Fe, and Cr gemessen, um die elementspezifischen magnetischen Momente zu bestimmen. Rechnungen und Messungen zeigen dabei eine Zunahme des magnetischen Momentes bei steigendem Fe-Anteil. Resonante Photoemission mit weicher Röntgenstrahlung sowie Hochenergie Photoemission mit harter Röntgenstrahlung wurden verwendet, um die Zustandsdichte der besetzten Zustände in Co2Cr0.6Fe0.4Al zu untersuchen. Diese Arbeit stellt außerdem eine weitere, neue Verbindung aus der Klasse der Heusler Verbindungen vor. Co2CrIn ist L21 geordnet, wie Messungen mittels Pulver Röntgenbeugung zeigen. Die magnetischen Eigenschaften wurden mit magnetometrisch bestimmt. Co2CrIn ist weichmagnetisch mit einer Sättigungsmagnetisierung von 1.2B bei 5 K. Im Gegensatz zu den bereits oben erwähnten Co2YZ Heusler Verbindungen ist Co2CrIn kein halbmetallischer Ferromagnet. Im Rahmen dieser Arbeit wird weiterhin eine Regel zur Vorhersage von halbmetallischen komplett kompensierten Ferrimagneten in der Klasse der Heusler Verbindungen vorgestellt. Dieses Konzept resultiert aus der Kombination der Slater-Pauling Regel mit der Kübler-Regel. Die Kübler Regel besagt, dass Mn auf der Y Position zu einem hoch lokalisierten magnetischen Moment tendiert. Unter Verwendung dieses neuen Konzeptes werden für einige Kandidaten in der Klasse der Heusler Verbindungen die Eigenschaft des halbmetallischen komplett kompensierten Ferrimagnetismus vorhergesagt. Die Anwendung dieses Konzeptes wird anhand von Rechnungen zur elektronischen Struktur bestätigt.