First-Principle vs. Experimental Design of Diluted Magnetic S... - 9781536140774

Niedawne odkrycia dały początek nowej klasie elektroniki, znanej jako elektronika spinowa lub spintronika, która do wytwarzania prądów spolaryzowanych wykorzystuje spin elektronu, a nie jego ładunek. Spintronika przeżywa obecnie niezwykły rozwój dzięki produkcji urządzeń w skali nano na bazie materiałów ferromagnetycznych i półprzewodników. Ich zastosowania są liczne, począwszy od rejestracji, elektroniki i optoelektroniki po informację kwantową. Spintronika to nowa generacja elektroniki, która wniosła i nadal przynosi duży postęp w przechowywaniu informacji, wynika to z odkrycia nowych materiałów o nowych funkcjonalnościach i wielorakich zastosowaniach. Za punkt wyjścia spintroniki uważa się odkrycie gigantycznego magnetooporu (GMR) w 1988 roku przez Alberta Ferta i Petera GrA nberga (laureata Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki w 2007 roku). GMR opiera się na zmianie prądu elektrycznego w obecności pola magnetycznego. Spintronika wniosła istotny wkład w pożądaną w elektronice miniaturyzację, wykorzystuje komponenty nanometryczne do przetwarzania i przechowywania informacji. Znane są jednak granice miniaturyzacji w skali nanometrycznej i konieczne jest opracowanie nowych sposobów i nowych materiałów, aby przekroczyć te granice. Najbardziej pożądanymi właściwościami tych materiałów są wysoka polaryzacja spinowa, modułowe właściwości magnetyczne pod wpływem pola elektrycznego i długi czas życia polaryzacji spinowej. Wśród nowych obiecujących materiałów wymieniamy: rozcieńczone półprzewodniki magnetyczne, które nadają nowe właściwości magnetyczne półprzewodnikom konwencjonalnym, tlenki funkcyjne (w tym półmetale i metale multiferroiczne) oraz półprzewodniki organiczne. Głównym wyzwaniem teoretycznym w tej dziedzinie jest zrozumienie, w jaki sposób obserwowane makroskopowe zachowanie magnetyczne wynika z interakcji o dużej liczbie stopni mikroskopijnej swobody. W tych układach zaburzenie jest istotnym parametrem zjawisk magnetycznych i ze względu na przypadkowe rozmieszczenie atomów domieszek może prowadzić do całkowitej różnicy fizycznej w stosunku do obserwowanej nieobecności. Ostatnio nastąpił znaczny postęp w projektowaniu tych materiałów jako rozcieńczonych półprzewodników magnetycznych (DMS lub rozcieńczonych półprzewodników magnetycznych), a szereg półprzewodników zbadano jako związki domieszkowane grupami II-VI i III-V, z metalami przejściowymi zastępującymi ich oryginalne kationy. Istnieje kilka różnych podejść teoretycznych do badania tych materiałów magnetycznych. Podejście ab-initio rozpoczyna się od równania SchrAdingera w celu symulacji danego materiału. Takie podejście jest niezbędne do określenia parametrów i właściwości mikroskopowych takiego układu. W książce tej autorzy dokonali analizy struktury elektronowej półprzewodników magnetycznych rozcieńczonych w przypadku ZnO, GaN, SnO2, TiO2, MgH2, EuO i REN domieszkowanych EuN (RE=GdN, DyN i HoN). Autorzy skupili się na mechanizmach magnetycznych, optycznych i wymiennych kontrolujących ferromagnetyzm w tych układach. Celem tej książki jest zaproponowanie kilku pomysłów, które pozwolą odpowiedzieć na najważniejsze pytanie z zakresu materiałoznawstwa dotyczące spintroniki półprzewodników, przede wszystkim biorąc pod uwagę, w jaki sposób można zrealizować ferromagnetyzm w temperaturze pokojowej w DMS. Ponadto omówiono korelację między pierwszą zasadą a projektem eksperymentu, aby zobaczyć, w jaki sposób można przewidzieć właściwości materiałów, które nie zostaną jeszcze zsyntetyzowane.