Topological transverse spin, charge and heat transport driven by temperature gradients in transition-metal compounds from first principles

• Antragsteller: Professor Dr. Yuriy Mokrousov
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 198064367

Von der Entwicklung neuartiger Methoden zur Erzeugung und zum Nachweis spinpolarisierter Ladung und reiner Spinströme werden wesentliche Fortschritte auf dem Gebiet der Spintronik erwartet. Die Ausnutzung des Effektes, dass thermische Gradienten von Spinströmen begleitet werden, ist ein solches neues Paradigma der Spinstromerzeugung. Beim gegenwärtigen Entwicklungsstand dieses vielversprechenden und relativ unerforschten Gebietes - der sogennanten Spin-Kaloritronik - können Berechnungen für realistische Materialien auf Grundlage der Dichtefunktionaltheorie wichtige Beiträge liefern. Zielstellung des vorliegenden Projektes ist es, ein qualitatives Verständnis und eine quantitative Vorhersage der transversalen Spin-, Ladungs- und Wärmetransportantwort auf einen longitudinalen Temperaturgradienten in metallischen ferro- und paramagnetischen Materialien zu erarbeiten. Wir beabsichtigen, dazu unser ab initio Verfahren, das wir in unserer Gruppe in den vergangenen Jahren zur Berechnung des Spin Hall Effektes (SHE) und des anomalen Hall Effektes (AHE) entwickelt haben, für die Berechnung des anomalen Nernst Effektes (ANE) - eines experimentell gut bekannten, allerdings theoretisch kaum untersuchten Effektes - des vor Kurzem vorgeschlagenen Spin Nernst Effektes (SNE) und des kürzlich entdeckten Magnon Hall Effektes (MHE) zu erweitern. Da der ANE mit dem AHE und der SNE mit dem SHE über Mott Beziehungen verknüpft ist, lassen sich auch ANE und SNE mit dem Konzept der Krümmung der Berry Phase der Bloch Elektronen erklären. Während ein besonderer Schwerpunkt auf der Berechnung dieser Eigenschaften und ihrer Anisotropie im Kristall für paramagetische und ferromagnetische Materialen liegt - wobei wir sowohl homogene Materialien als auch Oberflächen untersuchen werden - werden wir auch Systeme mit nichtkollinearem Magnetismus und mit Dzyaloshinskii-Moriya Wechselwirkung untersuchen. Für letztere Systeme ist bekannt, dass es einen zusätzlichen Beitrag zu AHE, SHE und MHE gibt.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1538: Spin Caloric Transport (SpinCaT)