First principle calculation of super lattice in mesoscopic system

Abstract

In this study, the importance of the electronic structure effect on the Giant Magnetoresistance (GMR) is shown and non-magnetic layer thickness dependence of the Magnetoresistance (MR) ratio are studied. The MR ratio can be analyzed by making use of the density of states, and the fermi velocity which are estimated by the first principle band calculation. The energy bands are calculated with the linear muffin-tin orbital atomic sphere approximation method in the local-spin-density approximation. Multilayer systems of Co/Cu(n), Co/Ru(n), Co/Rh2 and Co/Pd2 with the fcc (face-centered cubic) (111) stacking (n = 2, 5 and 8) are calculated. Supercells with six, 12 and 18 atoms are used to represent both magnetic configurations for Co/Cu, Co/Ru, Co/Rh and Co/Pd systems. The calculated results are in good agreement with experiments. As an applied field changes the magnetic configuration from AP (Anti Parallel) to P (Parallel) in Co/Cu, the d-bands of majority spin become fill and the electrons near the Fermi energy are dominated by s-electrons. The Fermi velocity is very large and the velocity difference between the AP and the P magnetic configurations is very large. This leads to giant MR effect.

本研究では、巨大磁気抵抗効果(GMR)における電子構造の影響の重要性を示し、MR比の非磁性層厚さによる依存性を調べた。磁気抵抗比は、状態密度と第一原理バンド計算によって求めたフェルミ速度によって解析することができる。エネルギーバンドは、局所スピン密度近似における線形マフィン・ティン軌道電子球面近似法で計算した。fcc(面心立方)(111)積層のn=2、5、8の系列でCo/Cu(n)、Co/Ru(n)、Co/Rh2、Co/Pd2の多層系を計算した。Co/Cu、Co/Ru、Co/Rh、Co/Pd系の磁気構造を表すために、6、12、18原子のスーパーセルを用いた。計算結果は、実験と良く一致した。Co/Cuにおいて、作用させた磁場が磁気構造をAP(反平行)からP(平行)に変化させるとともに、多数スピンのdバンドが埋まり、フェルミエネルギー付近の電子はs電子が支配的となる。フェルミ速度は非常に大きく、APとP磁気構造間のフェルミ速度の差異も非常に大きくなる。この結果、巨大MRが生ずる。