Efekty spinowe w transporcie elektronów przez złącze tunelowe z molekułami magnetycznymi
Loading...
Date
2019
Authors
Advisor
Editor
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Title alternative
Spin effects in electron transport through tunnel junctions with embedded magnetic molecules
Abstract
Niniejsza rozprawa doktorska jest poświęcona teoretycznym badaniom transportu przez układy nanoskopowe bazujące na molekułach magnetycznych. Przedstawiona w rozprawie doktorskiej analiza dotyczyła trzech typów złącz tunelowych z molekułami magnetycznymi.
Jedną z kluczowych kwestii będących przedmiotem analizy transportu przez molekularne złącze tunelowe stanowiła siła sprzężenia tunelowego pomiędzy molekułą magnetyczną a zewnętrznymi elektrodami. W związku z powyższym, w zależności od siły tego sprzężenia, do przeprowadzenia rachunków wykorzystano dwie różne metody obliczeniowe. W granicy słabego sprzężenia była to technika diagramowa w czasie rzeczywistym, podczas gdy w granicy silnego sprzężenia zastosowano metodę numerycznej grupy renormalizacji.
W przypadku gdy sprzężenie tunelowe było słabe, obserwowano takie efekty jak: blokada kulombowska oraz spinowa blokada Pauliego. W granicy słabego sprzężenia został również zbadany efekt magnetycznego przełączania spinu molekuły za pomocą spinowo spolaryzowanego prądu oraz zjawisko histerezy magnetycznej spinu molekuły. Natomiast w przypadku gdy sprzężenie tunelowe pomiędzy molekułą magnetyczną a zewnętrznymi elektrodami było silne, w układzie molekularnym występowały efekt Kondo oraz zjawisko silnej akumulacji spinowej.
Dysertacja prezentuje wyniki kompleksowej analizy własności transportowych złącz molekularnych oraz zjawisk, które w rozważanych układach mogą wystąpić. Dlatego też uzyskane wyniki przyczynią się do rozwoju spintroniki molekularnej oraz będą stanowiły punkt wyjścia do dalszych badań eksperymentalnych.
The main objective of this doctoral dissertation was the analysis of the spin-dependent transport through a tunnel junction with embedded magnetic molecules. The transport characteristics of considered systems, and the associated with them spin effects, strongly depend on the strength of the coupling between molecular structure and external electrodes. Therefore, the investigations were performed for two types of this coupling. In the first situation, it was assumed that the molecular structure was weakly coupled to external electrodes. In such a case, the calculations were carried out by using the real-time diagrammatic technique. The main attention was focused on the physical issues such as Coulomb blockade, Pauli spin blockade, non-trivial behavior of tunnel magnetoresistance and the current-induced magnetic hysteresis loop of the spin of a molecule. In the second case, transport properties of molecular systems were analyzed when the tunnel coupling between the molecular structure and external electrodes was strong. The main objective was to find the frequency-dependent conductance of the system. It was achieved by using the Kubo formula and the numerical renormalization group method. The analysis allowed for observing the Kondo effect and a strong dynamical spin accumulation associated with off-diagonal-in-spin components of frequency-dependent conductance. The results presented in this dissertation shed new light on the transport properties of complex molecular systems and may contribute to the development of molecular electronics and spintronics.
The main objective of this doctoral dissertation was the analysis of the spin-dependent transport through a tunnel junction with embedded magnetic molecules. The transport characteristics of considered systems, and the associated with them spin effects, strongly depend on the strength of the coupling between molecular structure and external electrodes. Therefore, the investigations were performed for two types of this coupling. In the first situation, it was assumed that the molecular structure was weakly coupled to external electrodes. In such a case, the calculations were carried out by using the real-time diagrammatic technique. The main attention was focused on the physical issues such as Coulomb blockade, Pauli spin blockade, non-trivial behavior of tunnel magnetoresistance and the current-induced magnetic hysteresis loop of the spin of a molecule. In the second case, transport properties of molecular systems were analyzed when the tunnel coupling between the molecular structure and external electrodes was strong. The main objective was to find the frequency-dependent conductance of the system. It was achieved by using the Kubo formula and the numerical renormalization group method. The analysis allowed for observing the Kondo effect and a strong dynamical spin accumulation associated with off-diagonal-in-spin components of frequency-dependent conductance. The results presented in this dissertation shed new light on the transport properties of complex molecular systems and may contribute to the development of molecular electronics and spintronics.
Description
Wydział Fizyki
Sponsor
Keywords
molekuły magnetyczne, spinowo zależny transport, magnetic molecules, spin-dependent transport