使用QuantumATK研究磁性材料和自旋电子学的实例教程

• 自旋极化原子链的透射谱（英文）
• 非共线自旋简介（英文）

• 块体金中的相对论效应（英文）
• 半导体能带结构的自旋轨道分裂（英文）

在本教程中，您将了解自旋转移转矩（STT）以及如何计算磁性隧道结中的STT。教程使用简单的隧道结模型，QuantumATK为计算零偏压下的 STT 线性响应系数提供了方便的分析工具，同时也使用有限偏压计算来计算 STT，并将结果与使用线性响应获得的结果进行比较。

• Spin Transfer Torque（英文）

本教程展示了如何模拟和分析磁性隧道结（MTJ）的电子输运特性，用于自旋电子学应用研究。教程考虑了Fe-MgO-Fe MTJ这个比较复杂的自旋极化体系。使用 QuantumATK 研究共线和非共线自旋相关的传输特性，包括电子输运、隧道磁电阻和自旋转移转矩。教程还介绍了 AdaptiveGrid 方法，它是 k 点采样的传统 Monkhorst–Pack 网格的自适应替代方法。

• 磁性隧道结中的自旋输运（英文）

拓扑绝缘体是一种电子材料，它与普通绝缘体一样具有体带隙，但其表面仍支持导电状态。可以证明，由于材料的非平凡拓扑指数，这些状态在拓扑上受到保护，并且不能通过任何扭曲来消除。这些表面态的二维能量-动量关系具有类似于石墨烯的“狄拉克锥”结构。因此，拓扑绝缘体构成了一类新的量子物质，这种物质受奇异物理的支配，有朝一日可能会在电子设备中得到利用。本教程展示如何使用 ATK-DFT 研究 <chem>Bi2Se3</chem> 化合物，这是一种 3D 强拓扑绝缘体。最近报道了在双端装置中连接到电极的 <chem>Bi2Se3</chem> 薄膜的非平衡格林函数 DFT 计算。但是，本教程重点介绍批量计算和表面状态的属性：

• 使用 Crystal Builder 构建 <chem>Bi2Se3</chem> 晶体结构。
• 研究具有和不具有自旋轨道耦合（SOC）的 <chem>Bi2Se3</chem> 体带结构。
• 构造 <chem>Bi2Se3</chem> 片层并计算 SOC 能带结构，其显示上述表面状态。
• 计算费米能量周围的态密度（DOS），这很好地说明了体禁带内的狄拉克锥。
• 调查表面状态对材料的穿透深度。
• 绘制表面态的自旋分辨费米面，并研究费米面上的面内自旋取向如何变化。
• 计算 <chem>Bi2Se3</chem> 的拓扑不变量。

• Bi2Se3拓扑绝缘体（英文）

本教程介绍如何对金属纳米/原子线体系进行非共线自旋计算，并研究自旋轨道耦合和自旋取向对电子结构的影响。计算结果与 Czerner 等人发表的工作非常相似。

• 金属纳米线的非共线计算（英文）

本教程介绍如何使用 LocalDensityOfStates 分析工具模拟表面的 STM 测量。特别研究隧穿各向异性磁电阻（TAMR），这是一种测量 STM 电流和电导差异的方法，取决于衬底的磁化方向。

• 隧道各向异性磁电阻（TAMR）的 STM 模拟（英文）

本教程介绍如何使用磁各向异性研究工具计算L1₀相块体 FePt 的磁晶各向异性（MCA）能量。磁各向异性能的结果与包括自旋-轨道耦合在内的自洽总能量计算进行比较，并且介绍在执行 MCA 计算时要收敛的最重要数值参数。

• 体材料磁各向异性能（英文）

本教程介绍如何使用磁各向异性研究对象来计算 Fe-MgO-Fe 磁性隧道结（MTJ）结构的垂直磁各向异性（PMA）能量。您将学习如何分析磁各向异性能量（MAE）在原子位点和轨道的投影值，并将结果与基于轨道矩的计算结果进行比较。MAE 从根本上和实践上都具有重要意义，尤其是在 STT-MRAM 的应用技术中。

• Fe-MgO-Fe-MTJ结构的磁各向异性能（英文）

本教程介绍如何使用海森堡交换分析工具计算块体 Fe 和 Co 的海森堡交换耦合参数，以及如何从耦合参数计算居里温度和交换刚度。

• 铁和钴的海森堡交换分析（英文）

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