自旋卡洛电子学的第一原理计算研究

We plan to combine the development of thermo-electric effect and spintronics, study how to recycler waste heat with the freedom of spin and magnetization. We propose to calculate the electronic structure of metal-insulator interface and the spin mixing conductance of such structure. While spin mixing conductance is curial for the spin Seebeck effect and spin Hall magnetcoresistance of metal-magnetic insulator system. We will look at the sign change of the spin mixing conductance of such system with changing of temperature. We will also develop the formulism to study the spin pumping in antiferromagnetic system and combine it with first principles calculation package. We will searh for the nanostructure with large spin and heat coupling.

本项目以将热电效应与自旋电子学相结合,计划开展如何利用自旋和磁有序这一自由度来提高余热利用 效率.提出以金属-磁性绝缘体界面为研究主体。计算对自旋赛贝克效应和自旋霍尔磁电阻至关重要的自旋混合电导,针对近期实验上发现的自旋混合电导随温度的变化,开展界面自旋波激发对自旋混合电导的影响的理论研究,进一步发展反铁磁自旋泵浦理论,并与第一原理计算结合,寻找设计具有较大自旋-热耦合的纳米结构.

本项目按研究计划，主要研究了Au|CoFe2O4界面的自旋混合电导和基于FeCo|MgO|FeCo MTJs的热电效应，发展了一套基于第一性原理的程序来计算自旋霍尔效应及其逆效应，发展了反铁磁自旋输运理论，并研究了自旋轨道耦合对界面的自旋泵浦及温度梯度对自旋转矩的影响。我们发现了钴铁氧材料中一个特殊的端面，其巨大的混合电导将有很大的应用前景，修正了混合电导的概念，提出了自旋轨道耦合作用下，混合电导对角度及磁构形的依赖性，并对深层次的物理机制的提出了新的理解；发现了自旋霍尔效应有很强的温度依赖性，进一步发现了在实际测量中被Pt块体的结果淹没的铁磁合金（Py）和金属（Pt）界面的巨大贡献；研究的反铁磁体系的自旋泵浦将有助于预言新的自旋赛贝克(Seebeck)效应和自旋霍尔磁电阻；并对磁性隧道结中的电子输运、热电效应、动力学过程以及磁性绝缘体-金属界面中电子自旋输运的相关研究提出了一系列新颖的观点，从而更加全面地认识到相关问题背后的物理机制。