Charge and spin transport through magnetic molecules
Loading...
Date
2010-04-06T06:53:50Z
Authors
Advisor
Editor
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Title alternative
Transport ładunku i spinu przez magnetyczne molekuły
Abstract
Due to their peculiar physical properties such as an energy barrier for the spin reversal or long spin relaxation times, single-molecule magnets (SMMs) are inherently predestined for applications in novel molecular electronic and spintronic devices. The following thesis is devoted to studying transport properties of such molecules, with the main emphasis laid on discussing how the flow of spin-polarized current through a SMM can affect the magnetic state of the molecule. The system under investigation consists of a SMM bridged between two metallic, ferromagnetic electrodes with collinear magnetic moments. Furthermore, electronic transport is assumed to take place via the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) level of the molecule. I show that due to exchange interaction between an electron occupying the LUMO level and the SMM's core spin, during tunneling of spin-polarized electrons through a molecule one can observe an effect analogous to the current-induced magnetic switching (CIMS) phenomenon, known from other magnetic systems, for instance, nanowires or spin valves. The origin of the CIMS mechanism in SMMs stems from angular momentum transfer between a spin-polarized current and the molecule, and it allows for manipulating the SMM's spin state without application of an external magnetic field. I also focus on studying dynamical aspects of the magnetic switching mechanism, together with other spin effects that can arise in the situation under consideration. Finally, I analyze the possibility of employing a pulse of circularly polarized electromagnetic radiation for stimulating the mechanism of CIMS.
Dzięki swoim szczególnym własnościom fizycznym takim jak bariera energetyczna dla odwrócenia spinu, czy długi czas relaksacji spinowej, pojedyncze magnetyczne molekuły są naturalnymi kandydatami dla zastosowań w nowoczesnych molekularnych układach elektronicznych lub spintronicznych. Niniejsza praca poświęcona jest zbadaniu własności transportowych takich molekuł, a szczególna uwaga skupiona jest na dyskusji jak przepływ spinowo-spolaryzowanego prądu może oddziaływać na ich stan magnetyczny. Rozważany układ składa się z molekuły umieszczonej pomiędzy dwiema metalicznymi, ferromagnetycznymi elektrodami o współliniowo ustawionych momentach magnetycznych. Transport elektronów zachodzi poprzez najniższy nieobsadzony poziom molekularny (tzw. LUMO). Wskutek sprzężenia wymiennego między elektronem znajdującym się na poziomie LUMO a wewnętrznym spinem molekuły, podczas tunelowania elektronów przez molekułę można zaobserwować wtedy efekt analogiczny do zjawiska indukowanego prądem magnetycznego przełączania. Mechanizm przełączania prądem spinu molekuły polega na wymianie momentu pędu pomiędzy prądem a molekułą. Możliwe staje się zatem manipulowanie stanem spinowym molekuły bez udziału zewnętrznego pola magnetycznego. Analizie poddane są dynamiczne aspekty mechanizmu magnetycznego przełączania oraz inne efekty spinowe, które mogą wystąpić w omawianej sytuacji. W ostatniej części rozważona zostaje możliwość wykorzystania spolaryzowanego kołowo impulsu promieniowania elektromagnetycznego dla stymulowania indukowanego prądem magnetycznego przełączania molekuły.
Dzięki swoim szczególnym własnościom fizycznym takim jak bariera energetyczna dla odwrócenia spinu, czy długi czas relaksacji spinowej, pojedyncze magnetyczne molekuły są naturalnymi kandydatami dla zastosowań w nowoczesnych molekularnych układach elektronicznych lub spintronicznych. Niniejsza praca poświęcona jest zbadaniu własności transportowych takich molekuł, a szczególna uwaga skupiona jest na dyskusji jak przepływ spinowo-spolaryzowanego prądu może oddziaływać na ich stan magnetyczny. Rozważany układ składa się z molekuły umieszczonej pomiędzy dwiema metalicznymi, ferromagnetycznymi elektrodami o współliniowo ustawionych momentach magnetycznych. Transport elektronów zachodzi poprzez najniższy nieobsadzony poziom molekularny (tzw. LUMO). Wskutek sprzężenia wymiennego między elektronem znajdującym się na poziomie LUMO a wewnętrznym spinem molekuły, podczas tunelowania elektronów przez molekułę można zaobserwować wtedy efekt analogiczny do zjawiska indukowanego prądem magnetycznego przełączania. Mechanizm przełączania prądem spinu molekuły polega na wymianie momentu pędu pomiędzy prądem a molekułą. Możliwe staje się zatem manipulowanie stanem spinowym molekuły bez udziału zewnętrznego pola magnetycznego. Analizie poddane są dynamiczne aspekty mechanizmu magnetycznego przełączania oraz inne efekty spinowe, które mogą wystąpić w omawianej sytuacji. W ostatniej części rozważona zostaje możliwość wykorzystania spolaryzowanego kołowo impulsu promieniowania elektromagnetycznego dla stymulowania indukowanego prądem magnetycznego przełączania molekuły.
Description
Wydział Fizyki: Zakład Fizyki Mezoskopowej
Sponsor
Keywords
Magnetyczne molekuły, Single-magnetic molecules, Spinowo-spolaryzowany transport, Spin-polarized transport, Magnetyczne przełączanie prądem, Current-induced magnetic switching