Влияние учёта многочастичных эффектов на электронную структуру материалов с сильным спин-орбитальным взаимодействием

• Автор: Русинов, Игорь Павлович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 137 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Методы исследования электронной структуры топологических изоляторов и материалов с гигантским объёмным расщеплением Рашбы

1.1. Эффекты, вызванные спин-орбитальным взаимодействием

1.1.1. Введение в физику топологических изоляторов

1.1.2. Спин-орбитальное взаимодействие

1.1.3. Расщепление Рашбы

1.2. Одночастичное приближение для описания электронных свойств

1.2.1. Теория функционала электронной плотности

1.2.2. Обменно-корреляционные приближения

1.2.3. Полно-потенциальный метод линеаризованных присоединённых плоских волн

1.2.4. Метод проекционных присоединённых волн
1.3. Многочастичный подход к описанию электронных свойств
1.3.1. Квазичастицы
1.3.2. Многочастичный гамильтониан
1.3.3. Функция Грина
1.3.4. Уравнения Хедина для спин-зависимого взаимодействия
1.3.5. ОоУо-приближение
Глава 2. Учёт обменно-корреляционного взаимодействия в рамках теории функциоанала электронной плотности в случае топологических изоляторов В12Тез и В125е
2.1. Введение

2.2. Детали расчёта соединений Ві2Те3 и В12Бе
2.3. Исследование состояний краёв энергетической щели Ві2Те3 и
Ві2Бе
2.4. Заключение
Глава 3. Электронная структура соединений Ві2Те2Х (Х=Те, Бе, Б)
3.1. Введение
3.2. Детали расчёта соединений Ві2Те2Х (Х=Те,5е,5)
3.3. Электронная структура соединений Ві2Те2Х (Х=Те,5е,Б).
3.4. Заключение
Глава 4. Электронная структура соединений ВіТеХ (Х=1,С1,Вг) и сплава ВіТеВг
4.1. Введение
4.2. Детали расчёта соединений ВіТеХ (Х=1,С1,Вг) и сплава ВіТеВг.
4.3. Электронная структура разупорядоченного сплава ВіТеВг. . . .
4.4. Электронная структура соединений ВіТеХ (Х=1,С1,Вг)
4.5. Заключение
Заключение
Литература

Введение
В настоящее время активным направлением в физике конденсированного состояния является поиск и изучение материалов для их применения в спин-тронике. Это ведёт к возможности манипулирования на основе их свойств спиновым моментом электрона, что позволит создать новые компоненты вычислительных устройств, имеющих ряд преимуществ по сравнению с ныне существующими. Прежде всего, такие преимущества обеспечиваются качественно новой физической основой, на которой построена их работа. В частности, использование спинового момента электрона может улучшить пропускную способность передачи информации, увеличить скорость вычислительных элементов и элементов памяти, уменьшить их мощность, а также сделать устройства практически не нагреваемыми в процессе функционирования.
К таким материалам, которые в настоящее время являются наиболее перспективными кандидатами для реализации устройств спинтроники, относятся открытый недавно класс топологических изоляторов. На поверхности данных материалов наблюдаются спин-расщеплённые поверхностные состояния, которые описываются уравнением Дирака для безмассовых фермионов. Они образуют конусы Дирака с вершиной, в которой они вырождены (точка Дирака). Топологическим изоляторам присуща симметрия по обращению времени, что приводит к отсутствию в них обратного рассеяния электронов, находящихся в состояниях конуса Дирака. Поскольку поверхность в данных материалах имеет металлический характер вследствие присутствия дираковских состояний, то направление переноса заряда в них может быть однозначно связано с направлением спинового момента. Кроме того, вследствие линейной дисперсии поверхностных состояний, протекание спин-поляризованного тока происходит практически без потери энергии. Протекание спин-поляризованного поверхностного тока в данных материалах характеризует режим спиново-
го необходимо определить ожидаемое значение оператора проекции в прямом пространстве |г >< г|:
и(г) = Л1^(г)12 = Y1 ^ ^г ><с г1^г >=

val core
= Е /»ш2+Е Е«А - + Е Е i«”f • <1 ■71 >
г a }i,]2 а «
Данное выражение можно перезаписать следующим образом:
n(r) =n(r) + J](na(r) -п“(г)), (1.72)

в котором п(г) — электронная плотность межсферного региона, па(г) — электронная плотность внутри сферы и п“(г) — “сглаженная” электронная плотность внутри сферы (псевдоплотность). Представленные плотности более детально представлены в следующих формулах:

(г) = ^/„|у!Дг)|2 + пс(г). (1.73)

па( г) = £ D“j2^(r)^2(r) + <(г). (1.74)

n“(r) = J2DnJ“A +<(г)- ([-75)

Для соблюдения корректности расчёта плотности остовных электронов вне сферы п“ге(г) в том случае, когда остовные состояния не полностью локализованы в указанной области, данную величину “сцепляют” с псевдоплотностью внутри атомных сфер.
Полная энергия системы, которая в рамках ТФЭП может быть записана следующим образом: