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Ferromagnetismo no regime Hall quântico em gases de elétrons bidimensionais

Processo: 05/04777-3
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
Vigência (Início): 01 de julho de 2006
Vigência (Término): 31 de dezembro de 2010
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
Pesquisador responsável:José Carlos Egues de Menezes
Beneficiário:Gerson Ferreira Júnior
Instituição-sede: Instituto de Física de São Carlos (IFSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
Assunto(s):Efeito Hall quântico   Spintrônica   Poços quânticos   Ferromagnetismo

Resumo

Introdução. Alguns grupos experimentais [como V. Piazza et al. Nature 402, 638 (1999), De Poortere et al., Science 290, 546 (2000)] observaram recentemente fenômenos de histerese em propriedades de magneto-transporte de gases de elétrons bidimensionais (2DEGs). Picos e depressões foram vistas na resistividade longitudinal Rxx e Hall Rxy nestes sistemas no regime de efeito Hall quântico. Apenas um trabalho teórico foi publicado sobre o assunto [Jungwirth and MacDonald, Phys. Rev. Lett. 87, 216801 (2001)] explicando de forma qualitativa estas observações. Recentemente, propomos uma teoria para a existência de fenômenos de histerese no magneto-transporte em 2DEGs magnéticos (Freire e Egues, cond-mat/0412491) sem incluir domínios magnéticos. Nossa descrição quantitativamente prevê todas as características de histerese observadas em Rxx em poços quânticos magnéticos. Esta proposta. Aqui nós apresentamos planos de pesquisa para estender e aplicar nossa descrição alternativa para o magneto-transporte em 2DEGs no regime de efeito Hall ferromagnético, para uma variedade de novos sistemas: 2DEGs não-magnéticos em poços quânticos simples, bicamadas e 2DEGS com acoplamento spin-órbita. Para 2DEGs não-magnéticos em poços simples, existem vários resultados experimentais recentes ainda não compreendidos completamente, por exemplo, a origem física dos picos e depressões nos platôs de resistividade Hall. Nas bicamadas, um grau de liberdade adicional (pseudo-spin = orbital + spin) nos permite investigar uma variedade de novos cruzamentos de níveis de Landau levando ao ferromagnetismo de efeito Hall e histerese em poços duplos. A dinâmica dos elétrons por tunelamento entre camadas e interação de Coulomb geram novos estados eletrônicos que não estão presentes em sistemas de camada simples. O acoplamento spin-órbita em 2DEGs ainda não foi investigado na literatura. Neste sistema, a interação de Coulomb e o efeito spin-órbita devem originar fenômenos de histerese interessantes no magneto-transporte. Os sistemas que pretendemos analisar nos permitirão investigar o ferromagnetismo de efeito Hall e magneto-transporte em 2DEGs de maneira controlada.Técnica. Usaremos a Spin Density Functional Theory (SDFT) com a aproximação de densidade de spin local (LSDA) formulada no contexto usual da aproximação da massa efetiva. Considerando a formulação de Mermin para temperaturas finitas, minimizamos a energia livre de Helmholtz do 2DEG para obter o sistema de equações de Kohn-Sham correspondente. Nosso sistema de equações contém os efeitos orbitais e de spin (i.e., Zeeman e quantização de Landau). Efeitos de muitos corpos (troca e correlação, XC) são incluídos pelo potencial XP dependente de spin, parametrizado por Vosko et al. [Can. J. Phys. 58, 1200 (1980)]. Resolveremos o problema de Kohn-Sham autoconsistente (mais a equação de Poisson) através de diferenças finitas com grade não-uniforme. Esta implementação surge do projeto de IC finalizado com sucesso por Gerson Ferreira Junior (FAPESP, Proc. 04/09790-5) e da tese de doutorado de Dr. Henrique J. P. Freire (FAPESP, Proc. 1999/06868-3). Não antecipamos dificuldades com a implementação numérica do método auto-consistente. Problemas específicos para ser investigados: 2DEGs não-magnéticos: pretendemos investigar em detalhes a origem física dos picos e depressões de histerese na resistividade Hall Rxy e sua conexão com os picos na resistividade longitudinal Rxx. Compreendendo os mecanismos que controlam estas características nos permitirão sugerir experimentos específicos para analisar os picos e depressões sistematicamente. Bicamadas: pretendemos investigar os efeitos de tunelamento entre camadas e da correlação de Coulomb nas propriedades de magneto-transporte do sistema, em particular os fenômenos de histerese (picos e depressão) em Rxy e Rxx. Acoplamento spin-órbita em 2DEGs: determinaremos Rxy e Rxx pela primeira vez para estes sistemas. (AU)

Publicações acadêmicas
(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)
JÚNIOR, Gerson Ferreira. Ferromagnetismo no regime Hall quântico inteiro via teoria do funcional de densidade. 2011. Tese de Doutorado - Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Física de São Carlos São Carlos.

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