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000459420 0247_ $$2ISSN$$a1866-1807
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000459420 1001_ $$0P:(DE-82)200769$$aZimmermann, Bernd$$b0$$eAuthor
000459420 245__ $$aAb initio description of transverse transport due to impurity scattering in transition metals$$cBernd Zimmermann$$honline, print
000459420 246_3 $$aAb initio Beschreibung von transversalem Transport durch Störstellenstreuung in Übergangsmetallen$$yGerman
000459420 260__ $$aAachen$$bPublikationsserver der RWTH Aachen University$$c2014
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000459420 4900_ $$aSchriften des Forschungszentrums Jülich : Reihe Schlüsseltechnologien$$v89
000459420 502__ $$aZugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2014$$gFak01$$o2014-07-23
000459420 5203_ $$aDiese Arbeit behandelt verschiedene, durch die Spin-Bahn-Kopplung hervorgerufene Transport-Phänomene in Materialien, die für die weitere Entwicklung der Spintronik entscheidend sind. Wir befassen uns im Detail mit dem Skew-Scattering Mechanismus in verdünnten Legierungen, der den Anomalen sowie den Spin Hall Effekt verursacht. Weiterhin untersuchen wir Prozesse, die zur Spin-Relaxation führen. Wir entwickeln die numerischen Werkzeuge, um diese Eigenschaften mit Hilfe von ab initio-Rechnungen im Rahmen der full-potential all-electron Korringa-Kohn-Rostocker Greenfunktionsmethode zu untersuchen. Dazu entwickeln und implementieren wir (a) eine neue Tetraeder-Methode zur Berechnung von komplizierten Fermiflächen, wie man sie für komplexe Übergangsmetallverbindungen findet, und (b) ein sehr effizient parallelisiertes und somit hoch skalierbares Computerprogramm (bis zu Tausenden von Prozessoren) zur präzisen Bestimmung von Streueigenschaften. Als eine erste Anwendung der neuen Tetraeder Methode berechnen wir den Elliott-Yafet Spin-Mixing Parameter auf der Fermifläche von 5d und 6sp Metallen, und entdecken eine bisher nicht beobachtete Abhängigkeit von der Richtung der Spin-Polarisation der Elektronen. Wie wir darlegen, kann diese Anisotropie durch die Ausbildung sogenannter Spin-Flip Hot-Areas oder Hot-Loops gigantische Werte annehmen. Dies ist vornehmlich in uniaxialen hcp Kristallen der Fall, wo die niedrige Symmetrie des Kristallsystems zu einer großen Anisotropie führt. Ein einfaches Modell identifiziert ein interessantes Zusammenspiel zwischen dem Orbitalcharakter der Elektronenzustände an speziellen Punkten, Linien oder Bereichen in der Brillouin Zone und den Matrixelementen des Spin-Flip Teils des Spin-Bahn-Wechselwirkungsoperators als Ursache. Des Weiteren berechnen wir erstmalig den Skew-Scattering-Beitrag zum Anomalen Hall Effekt (AHE) in verdünnten Legierungen, die auf einem Ferromagnetischen Material beruhen. Eine systematische Analyse von 3d Störstellen in bcc Fe, sowie in den nicht-magnetischen Kristallen Pd, Pt und Au ermöglicht uns die Identifizierung von Trends innerhalb des Periodensystems. In allen Untersuchungen beobachten wir auch einen starken Zusammenhang zwischen dem Spin Hall Effekt und Anomalen Hall Effekt, der für die Erzeugung stark spinpolarisierter Ströme interessant ist. Eine zustandsaufgelöste Analyse der Beträge zum AHE auf der Fermifläche zeigt ein nicht-triviales, stark gepeaktes Verhalten an sogenannten „Hot-Spots“, die nahe Entartungen auftreten, welche durch Spin-Bahnwechselwirkung aufgehoben werden. Danach behandeln wir die kompliziertere, L10-geordnete Legierung FePt und untersuchen verschiedene Arten von Unordnung. Wir demonstrieren die Stärke unserer Methode anhand der sehr komplizierten Legierungen FeMnSi und MnSiGe, die auf der nicht-Fermiflüssigkeit Mangansilizium (MnSi) basieren.  Zum Schluss berechnen wir auch den puren Spin Hall Effekt für 4d/5sp und 5d/6sp Störstellen in fcc Ir und hcp Re. Wir entdecken hier auch eine starke Abhängigkeit von der Richtung der Spin-Polarisation der Elektronen.$$lger
000459420 520__ $$aThis thesis attempts to shed light on various spin-orbit driven transport phenomena in materials, as a crucial for the further development of the field of spintronics. In particular, we address the skew-scattering mechanism in dilute alloys, which gives rise to the anomalous and spin Hall effect, as well as spin-relaxation processes. We create the tools to access these quantities from ab initio calculations in the framework of the full-potential all-electron Korringa-Kohn-Rostoker Green-function method, by (a) developing and implementing a new tetrahedron method for the calculation of complicated, multi-sheeted Fermi surfaces even of complex transition-metal compounds, and (b) developing an efficiently parallelized and thus highly scalable computer program (up to thousands of processors) for the precise calculation of scattering properties. In a first application of the new tetrahedron method, we calculate the Elliott-Yafet spin-mixing parameter on the Fermi surfaces of 5d and 6sp metals, and discover a yet unexplored dependence on the electron’s spin-polarization direction. As we show, this anisotropy can reach gigantic values in uniaxial hcp crystals due to the emergence of large spin-flip hot-areas or hot-loops on the Fermi surface, supported by the low symmetry of the hcp crystal. A simple model is able to reveal an interesting interplay between the orbital character of the states at special points, lines or areas in the Brillouin zone and the matrix-elements of the spin-flip part of the spin-orbit coupling operator. We further calculate the skew-scattering contribution to the anomalous Hall effect (AHE) in dilute alloys based on a ferromagnetic host for the first time. A systematic study of 3d impurities in bcc Fe, as well as the non-magnetic hosts Pd, Pt and Au, allows us to identify trends across the periodic table. In all our calculations, we also observe a strong correlation between the spin Hall effect and anomalous Hall effect in these materials, which is of interest for the creation and detection of strongly spin-polarized currents. A Fermi-surface analysis of the contributions to the AHE reveals a non-trivial, peaked behavior at small hot-spots around spin-orbit lifted degeneracies. We then proceed to the more complicated L10-ordered alloy FePt and address different kinds of disorder. We showcase the power of our method by treating the very complicated compounds FeMnSi and MnSiGe, based on the non-Fermi liquid manganese silicide (MnSi). Finally, we also calculate the pure spin Hall effect for 4d/5sp and 5d/6sp impurities in fcc Ir and hcp Re hosts. For the latter, we discover a strong dependence on the electron’s spin-polarization direction.$$leng
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000459420 650_7 $$2SWD$$aSpin-Bahn-Wechselwirkung
000459420 650_7 $$2SWD$$aDichtefunktionalformalismus
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000459420 650_7 $$2SWD$$aStreutheorie
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000459420 653_7 $$2eng$$aanomalous Hall effect, spin Hall effect, spin relaxation
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