Verlag des Forschungszentrums Jülich

JUEL-4085
Wunnicke, Olaf
Untersuchungen zum spinabhängigen ballistischen Transport
VI, 186 S., 2003

In dieser Arbeit werden zwei Phänomene des spinabhängigen ballistischen Transports mit Hilfe von ab initio Korringa-Kohn-Rostocker Rechnungen und eines analytischen Modells theoretisch untersucht. Der ballistische Leitwert wird in linearer Antwort Theorie (Landauer Formel) in einem Green-Funktions Formalismus berechnet.

Im ersten Teil werden die sogenannten "Hot Spots" untersucht, die in ab initio Rechnungen des k||-aufgelösten Leitwerts von magnetischen Tunnelwiderständen gefunden wurden. Die vollständige Transmission der Elektronen in den Hot Spots wird mit Hilfe eines analytischen Modells als Resonanzeffekt von Grenzflächenzuständen auf beiden Seiten der Barriere erklärt. Mit detaillierten ab initio Rechnungen wird gezeigt, dass die Hot Spots den gesamten Leitwert bis zu einer bestimmten Barrierendicke bestimmen können.

Im zweiten Teil wird eine der grundlegenden Erfordernisse für die Spinelektronik untersucht: die Erzeugung eines spinpolarisierten Stromes in einem nichtmagnetischen Halbleiter. Hier wird die ballistische Spininjektion aus dem Ferromagneten Fe in die Halbleiter ZnSe und GaAs berechnet. Es werden unterschiedliche Wachstumsorientierungen sowie Injektionsprozesse betrachtet. Es zeigt sich, dass für (001) orientierte ideale Fe/Halbleiter Heterostrukturen ein nahezu vollständig spinpolarisierter Strom injiziert wird. Die Ursache hierfür sind die unterschiedlichen Symmetrien der Fe Majoritäts- und Minoritätszustände an der Fermienergie.

In this thesis two phenomena of the spin-dependent ballistic transport are investigated theoretically by means of ab initio Korringa-Kohn-Rostocker calculations and an analytical model. The ballistic conductance is evaluated in linear response theory (Landauer formula) by a Green-function formalism.

In the first part the hot spots found in ab initio calculations of the k|| resolved conductance of tunneling magneto resistance junctions are investigated. Based on an analytical model the full transmission of the electrons in the hot spots is attributed to a resonance effect of interface states on both sides of the barrier. Detailed ab initio studies show that the total conductance can be dominated by the hot spots up to a critical barrier thickness.

In the second part one of the fundamental needs for spinelectronics is investigated: the injection of a spin-polarized current into a non-magnetic semiconductor. Here the ballistic spin injection from the ferromagnet Fe into the semiconductors ZnSe and GaAs is calculated for different growth orientations and injection processes. It will be shown that for (001) oriented ideal heterojunctions a nearly 100% spin polarized current is injected into the semiconductor. This can be explained by the symmetry mismatch of the Fe majority and minority states at the Fermi energy.

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Letzte Änderung: 07.06.2022