Substrateinfluss auf metallischen Ferromagnetismus von Nanoketten
Ziel dieses Teilprojekts ist es, ein grundlegendes physikalisches Verständnis der Bedeutung und des Einflusses eines nichtmagnetischen Substrats auf die kollektive ferromagnetische Ordnung eindimensionaler metallischer Nanostrukturen mit itineranten magnetischen Momenten zu erarbeiten. Mittels zweier komplementärer Ansätze ("top down" und "bottom up") werden Grundzustandsphasendiagramme und Anregungsspektren in Abhängigkeit von charakteristischen Parametern der elektronischen Struktur und insbesondere von Art und Stärke der Kopplung mit dem Substrat berechnet und vor dem Hintergrund experimenteller Resultate diskutiert.
Im Hinblick auf die in A1, A2, A7, A8 im Vordergrund stehenden Übergangsmetallatome (Cr, Mn, Fe, Co, Ni) geht die theoretische Modellierung von einem Ansatz itineranter magnetischer Momente aus und betrachtet ferromagnetische Ordnung als ein Phänomen starker Coulomb-Wechselwirkung, das nur im Rahmen nichtperturbativer Verfahren qualitativ korrekt erfasst werden kann. Dementsprechend werden Grundzustandserwartungswerte, Korrelationsfunktionen, T=0-Phasendiagramme, lokale Zustandsdichten und magnetische Anregungsspektren für eindimensionale tight-binding-Modelle mit starker lokaler Hubbard-Wechselwirkung und modellhafter Substratankopplung berechnet. Ziel ist die systematische Klärung zentraler Fragen zum Einfluss der Hybridisierung mit Substratzuständen auf die Bedingungen und Charakteristika von Ferromagnetismus in Nanoketten, um so letztlich für die Herstellung magnetischer Nanostrukturen wertvolle Einsichten liefern zu können. Dies umfasst den direkten und den über das Substrat vermittelten indirekten magnetischen Kopplungsmechanismus, die Entstehung von Ordnung in ausgedünnten Ketten, die Effekte von Imperfektionen, die im Substrat induzierte magnetische Ordnung, die (direkte und indirekte) magnetische Kopplung zwischen zwei oder mehr Ketten sowie die Manifestation von magnetischer Ordnung und Phasenübergängen in magnetischen Anregungsspektren, insbesondere in der STS. Zur Einbeziehung materialspezifischer Aspekte werden auch komplexere Modelle der elektronischen Struktur angegangen.
In Unterprojekt A ("top down") werden Nanoketten auf metallischen Substraten mittels dynamischer Mean-Field- und dynamischer Cluster-Approximationen behandelt, d.h. methodisch ausgehend vom Limes hoher Raumdimensionen bzw. vom Mean-Field-Niveau. In Unterprojekt B ("bottom up") kommen exakte Diagonalisierung (bzw. Lanczos-Verfahren) für kleine Systeme und, darauf aufbauend, der "variational matrix-product states"-Formalismus (VMPS) zum Einsatz. Beide Zugänge sind komplementär zueinander und ergänzen die sonst stärker phänomenologischen oder stärker auf Realsysteme abzielenden Theorie-Teilprojekte A3, A11, A13 und B2, B3.