QuantumATK在磁性材料与自旋电子学研究中的应用

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概述

寻找新型的非易失(Non-volatile)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)。

QuantumATK包含了最新的模拟方法,用密度泛函理论(DFT)来模拟磁性和自旋电子学。计算可以考虑含自旋轨道耦合的非共线自旋计算,使用超快的 HSE06 等杂化泛函。QuantumATK还可以使用非平衡态格林函数(NEGF)对器件体系进行模拟,直接计算自旋电流、磁阻和Spin Transfer Torque等。


用 QuantumATK 研究磁性和自旋电子学的优势

  • QuantumATK 基于量子力学第一原理计算,可以研究广泛的材料
  • 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
    • 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
    • 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
  • 进行多种复杂的磁性分析计算,包括:磁各向异性能量、海森堡交换分析、自旋动力学等

详细介绍参见:

QuantumATK 让研究者专注于研究,更快获得结果

QuantumATK的图形界面(NanoLab)具有丰富易用的功能,可以让用户专注于研究科学问题,专心思考体系的特性自旋输运特性,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

详细介绍参见:


 研究案例

二维半金属FeX2(X=Cl,Br,I)铁磁体的本征自旋动力学性质

具有本征半金属性的超薄二维铁磁体在纳米自旋电子学器件设计中具有很好的应用前景。在这项工作中,作者利用密度泛函理论(DFT)系统地研究了一类有前途的二维铁磁体单层二卤化铁(FeX2,X=Cl,Br,I)的自旋输运和动力学性质。


机器学习方法分析无序MgAl2O4结构形成的磁性隧道结的隧道磁电阻

此项研究通过贝叶斯优化和最小绝对收缩选择算子(LASSO)技术结合第一性原理计算,探索了 Fe/无序MgAl2O4(MAO)/Fe(001)磁性隧道结(MTJ)的隧道磁电阻(TMR)效应。通过对 1728 个候选结构进行贝叶斯优化,得到了 TMR 最大的最优结构,在 300 次结构计算中达到收敛。


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