QuantumATK在磁性材料与自旋电子学研究中的应用

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概述intro

寻找新型的非挥发(非易失)存储技术在当前是备受关注的研究领域。磁性随机存储(MRAM)是非常有前途的一种。QuantumATK在一些研究组和电子公司的不同MRAM新材料的研发阶段中都得到了应用。QuantumATK也是研究自旋电子学的常用工具,可以研究各种新颖的自旋应用器件,这些器件中不是用电子的电荷而是用自旋来传递信息的。

 

QuantumATK包含了最新的模拟方法,即用密度泛函理论(DFT)来模拟自旋电子器件。在模拟中可以考虑含旋轨耦合的非共线自旋计算,MetaGGA泛函,非平衡态格林函数(NEGF)器件模拟,等等。QuantumATK在进行非共线自旋、自旋轨道耦合自洽计算方面在不断进步,越来越快速可靠。


用QuantumATK研究自旋器件的优势

QuantumATK在纳米结构的自旋输运计算方面有着无与伦比的优势:
  • QuantumATK基于量子力学第一原理计算,可以研究广泛的材料
    • 石墨烯、纳米管
    • 分子器件
    • 金属纳米线
    • 界面、点接触
    • 等等
  • QuantumATK计算可以应用于几百至几千原子的体系
  • 计算有偏压存在时的自旋极化电流-电压特性
  • QuantumATK可以在计算时考虑自旋轨道耦合、非共线磁性
  • 计算如Fe/MgO/Fe类似结构的磁性隧道结(magnetic tunnel junctions,MTJ) 的隧穿磁阻
  • 计算 spin-transfer torque (STT) 与层内的交换耦合作用
  • 研究自旋输运(透射)的机理,可以对透射系数在k空间中进行分解并分析透射的本征通道

NanoLab让研究者专注于研究,更快获得结果

NanoLab图形界面丰富易用的功能可以让用户专注于研究项目的科学问题,专心思考体系的电子和自旋输运特性,更快的发现新材料、创建新结构,避免在数据的导入、导出、处理、作图等琐碎的问题上浪费时间。NanoLab可以:
  • 快速构建各种结构模型
  • 按原子类别、标签设置初始原子磁矩
  • 直接显示不同自旋的电流、输运系数谱
  • 对输运系数进行k空间、透射通道分析
  • 直接显示原子上自旋的分布
  • 直接显示Spin-Transfer Torque分布

发表的文章示例

mediumBi2Se3拓扑绝缘体的表面态、表面薄层电流的自旋分布
  • Nonequilibrium spin texture within a thin layer below the surface of current-carrying topological insulator Bi2Se3: A first-principles quantum transport study
  • Phys. Rev. B 92, 201406(R)

newjphys16.103033Co2FeAl/MgO/Co2FeAl中的非共线输运研究
更多发表的文章参见【文章列表】

相关实例教程

自旋输运谱transmission_spectrum1
  • 通过自旋极化计算可以得到不同自旋的电子在器件内的透射谱
  • NanoLab提供的工具可以直接分析自旋输运谱

 

磁性隧道结mgo_para_down
  • 研究磁性隧道结(MTJ)的隧穿磁阻
  • 分析不同自旋的透射系数、透射通道和透射本征态

 

非共线自旋stt-visualization
  • 设置非共线自旋初始态
  • 计算非共线自旋电子输运
  • 计算Spin Transfer Torque

 

自旋分辨的Bloch态bloch-states-viewer
  • 计算自旋极化电子的Bloch态
  • NanoLab提供的工具可以对Bloch态进行分析和可视化

 

自旋轨道耦合soc-gga-band
  • QuantumATK支持含自旋轨道耦合(SOC)的自旋极化计算
  • SOC可以给出准确的半导体材料的Gamma点的SOC能级劈裂
  • SOC计算可以与密度泛函理论(DFT)或半经验量子力学方法(SemiEmpirical)一起使用

 

拓扑绝缘体fermi_surface_topological
  • 使用SOC等高级方法计算体系的电子(自旋)态
  • 使用Slab模型计算并分析体系的表面态与自旋分布状况
  • 研究Dirac锥附近的费米面和自旋方向(右图)
  • 计算TI的拓扑不变量

 


相对论效应gold_soc_gga_band
  • 通过含有SOC的DFT计算研究重元素的相对论效应

 


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