Giant magnetoresistance: eine Ab-initio-Beschreibung

Die vorliegende Arbeit ist ein Beitrag zur Theorie des spinabhaengigen Transports in magnetischen Vielfachschichten. Es wird erstmalig eine parameterfreie Beschreibung des Giant Magnetoresistance (GMR) vorgelegt, welche detaillierte Einsichten in die mikroskopischen Vorgaenge gestattet. Die ab-initio Berechnung der Elektronenstruktur der magnetischen Vielfachschichten basiert auf der Spindichtefunktionaltheorie unter Verwendung eines Screened KORRINGA-KOHN-ROSTOKER-Verfahrens. Die Streueigenschaften von Punktdefekten werden ueber die GREENsche Funktion des gestoerten Systems selbstkonsistent bestimmt. Die Transporteigenschaften werden durch Loesung der quasiklassischen BOLTZMANN-Gleichung unter Beruecksichtigung der Elektronenstruktur der Vielfachschicht und der Anisotropie der Streuung an Fremdatomen berechnet. Die BOLTZMANN-Gleichung wird iterativ unter Einbeziehung der Vertex-Korrekturen geloest. Der Formalismus wird auf Co/Cu- und Fe/Cr-Vielfachschichten, die Standardsysteme der Magnetoelektronik, angewandt. Es werden die Abhaengigkeit der Streuquerschnitte, der spezifischen Restwiderstaende und des GMR von der Art und der Lage der Uebergangsmetalldefekte in Co/Cu- und Fe/Cr-Vielfachschichten diskutiert. Darueberhinaus wird der Einfluss des Quantum Confinements auf den GMR eingehend untersucht. Vorteile und Grenzen der vorliegenden theoretischen Beschreibung werden aufgezeigt.A new theoretical concept to study the microscopic origin of Giant Magnetoresistance (GMR) from first principles is presented. The method is based on ab-initio electronic structure calculations within the spin density functional theory using a Screened KORRINGA-KOHNROSTOKER method. Scattering at impurity atoms in the multilayers is described by means of a GREEN's-function method. The scattering potentials are calculated self-consistently. The transport properties are treated quasi-classically solving the BOLTZMANN equation including the electronic structure of the layered system and the anisotropic scattering. The solution of the BOLTZMANN equation is performed iteratively taking into account both scattering out and scattering in terms (vertex corrections). The method is applied to Co/Cu and Fe/Cr multilayers. Trends of scattering cross sections, residual resistivities and GMR ratios are discussed for various transition metal impurities at different positions in the Co/Cu or Fe/Cr multilayers. Furthermore the relation between spin dependence of the electronic structure and GMR as well as the role of quantum confinement effects for GMR are investigated. Advantages and limits of the approach are discussed in detail.SIGLEAvailable from: http://hsss.slub-dresden.de/pub2/dissertation/2001/mathematik / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekDEGerman