VedecKrisztian Palotas
Názov projektuVývoj prostriedkov na simuláciu transportu spinu v rastrovacej tunelovej
Hostiteľská organizáciaFyzikálny ústav SAV
Dĺžka projektu01.01.2016 - 31.03.2018

Abstrakt
Rastrovacia tunelová mikroskópia (STM) je mimoriadne úspešná metóda na štúdium fyzikálnych a chemických javov na povrchoch materiálov. Pokrok experimentálnych techník od objavenia STM bol pozoruhodný a to obzvlášť v oblasti magnetických tunelových prechodov. Z toho dôvodu je potrebný aj vývoj teoretických modelov, ktoré by boli schopné vysvetliť všetky relevantné detaily meraní STM. Cieľom projektu je preto vývoj nástrojov na simuláciu STM vo vysokom rozlíšení a to obzvlášť pre transport spinu a ich následná implementácia do počítačových programov. Projekt si stanovil tieto hlavné ciele: 1. Implementovať ľubovoľnú orientáciu STM hrotu do štandardných modelov STM a študovať vplyv ľubovoľnej orientácie hrotu STM na tunelovanie elektrónov; 2. Implementovať rozhranie medzi programom na transport elektrónov (BSKAN) a programom na výpočet elektrónovej štruktúry s možnosťou zahrnutia nekolineárneho magnetizmu (VASP) a analyzovať tunelovanie elektrónov nad povrchmi s nekolineárnym magnetizmom; 3. Implementovať teóriu transportu vektorového spinu pomocou štandardných modelov tunelovania elektrónov a študovať tunelovanie spinového transportu vo vysokom rozlíšení nad magnetickými povrchmi a to obzvlášť pre povrchy s komplikovanou magnetickou štruktúrou. Očakávame, že úspešné ukončenie projektu prispeje nielen k rozšíreniu súčasného poznania v oblasti STM, ale ukáže aj ďalšie možnosti vývoja nových technológií na báze spinového transportu, čo posilní postavenie Európskeho výskumného priestoru a v dlhodobejšom horizonte môže mať aj pozitívny vplyv v ekonomickom využití tohto sofistikovaného segmentu vedy o materiáloch.

Zhrnutie projektu s priebežnými výsledkami
Práce na projekte prebiehajú podľa pôvodného harmonogramu. V rámci medzinárodnej spolupráce (Írsko, Čína, Poľsko, Kórea) sa spravila realizácia ľubovoľnej orientácie hrotu v BSKAN kóde a následne boli spravené a počítačové simulácie účinkov geometrie hrotu STM mikroskopu pre širokú škálu povrchových štruktúr. Rôznorodosť ultratenkých magnetických filmov, ktoré vykazujú komplexné magnetické usporiadanie (doménové steny, skyrmionové štruktúry) bola skúmaná v spolupráci s maďarskou skupinou za účelom štúdia následnej vektor-spin transport charakterizácie týchto povrchov. Teória kombinovaného náboja a vektor-spin transportu bola implementovaná v kóde 3D-WKB-STM, a navyše prvé výsledky boli publikované ohľadne kolineárnych magnetických povrchov.
Počas prvých 9 mesiacov riešenia projektu bolo publikovaných 6 vedeckých článkov s celkovým impakt faktorom 32,1; ďalšie 2 vedecké články boli taktiež podané; pripravila sa kapitola pre „Springer Proceedings in Physics“; bolo prednesených 7 prednášok z nich 5 pozvaných; a odoslali sa 2 konferenčné príspevky.
[1] K. Palotás, G. Mándi, and L. Szunyogh: "Enhancement of the spin transfer torque efficiency in magnetic STM junctions", Physical Review B 94, 064434 (2016)
[2] B. Walls, O. Lübben, K. Palotás, K. Fleischer, K. Walshe, and I. V. Shvets: "Oxygen vacancy induced surface stabilization: (110) terminated magnetite", Physical Review B 94, 165424 (2016)
[3] Y. Liu, K. Palotás, X. Yuan, T. Hou, H. Lin, Y. Li, and S.-T. Lee: "The atomistic origins of surface defects in CH3NH3PbBr3 perovskite and their electronic structures", ACS Nano, DOI: 10.1021/acsnano.6b08260 (2017)
[4] Gy. J. Vida, E. Simon, L. Rózsa, K. Palotás, and L. Szunyogh: "Domain-wall profiles in Co/Irn/Pt(111) ultrathin films: Influence of the Dzyaloshinskii-Moriya interaction", Physical Review B 94, 214422 (2016)
[5] S. Ayissi, K. Palotás, H. Qin, L. Yang, and P. A. Charpentier: "Nanostructural adsorption of vanadium oxide on functionalized graphene: A DFT study", Physical Chemistry Chemical Physics 18, 29208 (2016)
[6] K. Palotás, I. Bakó, and L. Bugyi: "Structural, electronic and adsorption properties of Rh(111)/Mo(110) bimetallic catalyst: A DFT study", Applied Surface Science 389, 1094
(2016)
[7] L. Rózsa, K. Palotás, A. Deák, E. Simon, R. Yanes, L. Udvardi, L. Szunyogh, and U. Nowak: "Metastable skyrmionic spin structures with various topologies in an ultrathin film. I.
Formation and stability"
, submitted. arXiv:1609.07012
[8] K. Palotás, L. Rózsa, E. Simon, L. Udvardi, and L. Szunyogh: "Metastable skyrmionic spin structures with various topologies in an ultrathin film. II. Characterization with scanning
tunneling microscopy calculations"
, submitted. arXiv:1609.07016
[9] K. Palotás and L. Szunyogh: "Screened KKR", to appear in Springer Proceedings in Physics series: Multiple Scattering Theory for Spectroscopies, Editors: D. Sébilleau, K.
Hatada, H. Ebert, Springer, New York (2017)