[论文解读] Spin-polarization and resonant states in electronic conduction through a correlated magnetic layer

Andreas Weh, Wilhelm H. Appelt+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 19, 2021

Quantum and electron transport phenomena参考文献 46被引用 1

一句话总结

本研究通过单带紧束缚模型结合实空间动力学平均场理论（DMFT），研究了非相互作用正常金属电极之间的关联磁性层中的自旋极化电子输运。结果表明，电极与中心区域之间的耦合强度以及局域电子关联显著改变了谱函数和电导率，其中关联效应通过移动能带结构和加宽共振态来增强自旋极化。

ABSTRACT

The transmission through a magnetic layer of correlated electrons sandwiched between non-interacting normal-metal leads is studied within model calculations. We consider the linear regime in the framework of the Meir-Wingreen formalism, according to which the transmission can be interpreted as the overlap of the spectral function of the surface layer of the leads with that of the central region. By analyzing these spectral functions, we show that a change of the coupling parameter between the leads and the central region significantly and non-trivially affects the conductance. The role of band structure effects for the transmission is clarified. For a strong coupling between the leads and the central layer, high-intensity localized states are formed outside the overlapping bands, while for weaker coupling this high-intensity spectral weight is formed within the leads' continuum band around the Fermi energy. A local Coulomb interaction in the central region modifies the high-intensity states, and hence the transmission. For the present setup, the major effect of the local interaction consists in shifts of the band structure, since any sharp features are weakened due to the macroscopic extension of the configuration in the directions perpendicular to the transport direction.

研究动机与目标

• 理解电子关联与电极-耦合强度如何影响磁性异质结构中的自旋极化输运。
• 阐明能带结构与界面效应在决定透射率与电导率中的作用。
• 研究在关联效应下，中心磁性区域中共振态与束缚态的形成与本质。
• 评估局域库仑相互作用对非平衡输运中谱函数与透射率的影响。
• 建立基于DMFT与Meir-Wingreen形式理论的关联电子输运建模框架，用于自旋电子器件。

提出的方法

• 采用单带紧束缚哈密顿量来模拟与非相互作用电极耦合的磁性层。
• 应用Meir-Wingreen形式理论在线性响应区域计算电子透射率。
• 使用实空间动力学平均场理论（DMFT）处理中心区域的局域电子关联。
• 计算中心区域与电极表面的谱函数，通过与Meir-Wingreen公式重叠分析透射率。
• 改变电极与中心区域之间的耦合强度，研究其对谱权重分布的非平凡影响。
• 分析局域库仑相互作用如何移动能带结构并加宽共振态，尤其在电极连续带之外的区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 电极与中心磁性区域之间的耦合强度如何影响谱函数与电导率？
• RQ2 能带结构匹配与不匹配在决定自旋极化透射率中起什么作用？
• RQ3 中心区域的局域电子关联如何改变共振态与束缚态及其对电导率的贡献？
• RQ4 电子关联以何种方式增强或抑制传输函数中的自旋极化？
• RQ5 在耦合强度与关联强度变化下，中心区域的谱特性（如共振态）如何演化？

主要发现

• 电极与中心磁性区域之间强耦合导致在能带连续带之外形成高强度局域态。
• 对于较弱耦合，谱权重在费米能级附近的电极连续带内显著增强。
• 局域库仑相互作用移动了中心区域的能带结构，这是关联效应的主要表现。
• 由于系统在输运方向垂直的维度上宏观扩展，尖锐谱特征被削弱。
• 位于电极连续带之外的共振态因电子关联而显著加宽，降低了其相干性。
• 由于关联引起的能带结构移动，多数自旋通道的透射率增强，从而提高了自旋极化。