Theoretical study of magnetic anisotropy in hybrid systems for molecular spintronic
Etude théorique de l'anisotropie magnétique dans des systèmes hybrides pour la spintronique moléculaire
Résumé
Magnetic anisotropy is a property of
great importance both for applications (magnetic storage,
...) and for its fundamental interest. In this manuscript,
we are more precisely interested in the computation
of the magneto-crystalline anisotropy energy
(MCA) that results from spin-orbit coupling. It is a
delicate quantity to determine for several reasons : it
is generally very small (of the order of meV per atom
at most) and depends crucially on many physical and
numerical parameters. In particular, it is strongly dependent
on the symmetries of the system, the crystal
lattice, but also on the nature of the materials, in this
case the transition metals 3d. We are more particularly
interested in magnetic thin films for which the MCA is
calculated as the difference in system energy between
a magnetization parallel to the surface of the material
and a magnetization orthogonal to it.
In particular, we use codes based on density functional
theory (DFT, Quantum ESPRESSO and Quantum ATK)
and a tight-binding code (TB). The MCA being obtained
as an energy difference between two spin orientations
using the force theorem. The objective of this
PhD thesis is to understand and describe in detail the
behavior of the MCA in magnetic thin films and the different
ways to tune and modify (controllably or not) its
magnitude. Thanks to our computational tools, we have
extracted the main trends and highlighted the essential
parameters that allow us to control the anisotropy. One
of them is of particular interest, the hybridization of orbitals
between a 3d transition metal and non-magnetic
carbon atom, giving rise to important variations in anisotropy.
Such systems are called hybrid-systems, and
give us information on the transmission of magnetic
properties (polarization, anisotropy) between neighboring
atoms.
L’anisotropie magnétique est une propriété
de grande importance aussi bien pour les applications
(stockage magnétique, ...) que pour son intérêt
fondamental. Dans ce manuscrit, nous nous intéressons
plus précisément au calcul de l’énergie d’anisotropie
magnéto-cristalline (MCA) qui est issue du couplage
spin-orbite. C’est une grandeur délicate à déterminer
pour plusieurs raisons : elle est en général très faible (de
l’ordre du meV par atome au maximum) et elle dépend
crucialement de nombreux paramètres physiques et numériques.
Elle est notamment fortement dépendante
des symétries du système, du réseau cristallin, mais
aussi de la nature des matériaux, ici des métaux de
transition 3d. Nous nous intéressons plus particulièrement
à des couches minces magnétiques pour lesquelles
la MCA est calculée comme étant la différence d’énergie
du système entre une aimantation parallèle à la surface
du matériau et une aimantation orthogonale à celle-ci.
Nous utilisons en particulier des codes basés sur théorie
de la fonctionnelle densité (DFT, Quantum ESPRESSO
et Quantum ATK) et un code de liaisons fortes (TB).
La MCA étant obtenue comme une différence d’énergie
entre deux orientations de spin en utilisant le théorème
de force. L’objectif de cette thèse de doctorat est de
comprendre et de décrire en détails le comportement
de la MCA dans des films minces magnétiques et les
différentes manières de modifier de manière contrôlée
(ou non) cette grandeur. Grâce à nos outils de calcul,
nous avons extrait des grandes tendances et mis en
évidence les paramètres essentiels qui permettent de
piloter l’anisotropie. L’une d’entre elles retient particulièrement
notre attention, l’hybridation d’orbitales
entre un métal de transition 3d et un atome de carbone
non-magnétique, donnant lieu d’importantes variations
d’anisotropie. De tels systèmes sont dits hybrides, et
nous renseignent sur les capacités de transmission du
magnétisme (polarisation, anisotropie) entre atomes
voisins.
Domaines
Physique [physics]
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)