Relativistic Theory of Electron Transport in Magnetic Layers

Abstract

Title: Relativistic Theory of Electron Transport in Magnetic Layers Author: Rudolf Sýkora Department / Institute: Institude of Theoretical Physics Supervisor of the doctoral thesis: doc. RNDr. Ilja Turek, DrSc., Department of Condensed Matter Physics Abstract: We review the density-functional theory (DFT) in detail using the Levy Lieb ap- proach. The Kohn Sham scheme is discussed, starting from the simplest spinless non- relativistic case, then including spin and considering potential spin magnetism, and finally deriv- ing the full Kohn Sham Dirac relativistic scheme. The Linear Muffin-Tin Orbital (LMTO) method for electronic-structure calculation is presented, together with mentioning the necessary changes to include the spin-orbit (SO) interaction effects to an otherwise scalar-relativistic (SR) theory. Derivation of an electronic-conductance formula for a layered system is given, based on the Landauer scattering picture and using simple non-equilibrium Green functions. The formal- ism is applied to layered metallic systems of light elements Co, Ni, Cu elements, and to layered systems with a tunnelling barrier, Fe/MgO/Ag and Fe/GaAs/Ag. The effects of the SO interac- tion on the Giant Magnetoresistance (GMR) ratio and/or the Tunnelling Anisotropy Magnetore- sistance (TAMR) for these systems are discussed....

Název práce: Relativistická teorie elektronového transportu v magnetických vrstvách Autor: Rudolf Sýkora Katedra / Ústav: Ústav teoretické fyziky Vedoucí doktorské práce: doc. RNDr. Ilja Turek, DrSc., Katedra fyziky kondenzovaných látek Abstrakt: V práci jsou rozebrány detaily teorie funkcionálu hustoty s využitím pohledu Levyho a Lieba. Jsou odvozeny Kohnovy-Shamovy rovnice, nejprve pro nejjednodušší nerelativistický bezspinový případ, pak s přihlédnutím k existenci spinu a možnému spinovému magnetizmu, a nakonec jsou odvozeny plně relativistické Kohnovy-Shamovy-Diracovy rovnice. Diskutována je lineární muffin-tinová (LMTO) metoda výpočtu elektronové struktury se zmíněním nutných změn pro možnost započtení efektů spin-orbitální (SO) interakce do jinak skalárně relativistické (SR) teorie. Je odvozen vztah pro výpočet vodivosti vrstevnatého systému s využitím Landauerova rozptylového pohledu a s použitím jednoduchých nerovnovážných Greenových funkcí. Vybudovaný formalizmus je následně použit ke studiu vrstevnatých kovových systémů složených z lehkých prvků Co, Ni, Cu a vrstevnatých systémů obsahujících tunelovací bariéru, Fe/MgO/Ag a Fe/GaAs/Ag. Pro tyto systémy jsou diskutovány efekty spin-orbitální interakce ve vztahu k tzv. GMR poměru a/nebo velikosti tunelovací anisotropní magnetoresistence (TAMR). Jsou...