Exploring the effects of electric fields and surface charging on magnetic properties of nanostructures - an ab initio study

Abstract

In dieser Doktorarbeit werden verschiedene neuartige Möglichkeiten zur Kontrolle der magnetischen Eigenschaften von Nanostrukturen vorgeschlagen, basierend auf ab-initio-Berechnungen. In Co-Pt-Ketten findet man eine starke Zunahme der magnetischen Anisotropieenergie, die außerdem durch ein externes elektrisches Feld kontrolliert werden kann. Es wird die Abhängigkeit der magnetischen Anisotropieenergie und der Spinpolarisation von der Schichtdicke in Fe- bzw. Co-Multilagen untersucht. Mit zunehmender Dicke der dünnen Schichten beobachtet man Oszillationen in der Anisotropie sowie der Spinpolarisation, die sich durch das Vorhandensein von magnetischen Quantentopfzuständen in der Multilage erklären lassen. Die Quantentopfzustände, und damit auch die Spinpolarisation und Anisotropie der Multilagen, lassen sich durch ein externes elektrisches Feld beeinflussen. Zudem wird gezeigt, dass die leichte Richtung und die magnetische Ordnung von Multischichten durch Ladungsinjektion gesteuert werden können.

In the present thesis, several novel possibilities to tune the magnetic properties of nanoscale metallic structures are presented, based on ab initio study. A strong enhancement of the magnetic anisotropy energy (MAE) in mixed Co-Pt chains is found and the MAE can be tailored with externally applied electric field. Thickness dependence of the MAE and the spin polarization (SP) in Fe and Co multilayers are investigated. As the thickness of thin films is increased, an oscillatory behavior of the MAE and SP of the systems is observed which is associated with the magnetic quantum well states (QWS) therein. It is also shown that both the MAE and the spin polarization of the QWS are sensitive to external electric field. Employing surface charging mechanism clear evidences revealed that the easy axis and the interlayer magnetic order of alloy multilayers can be strongly tuned.