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Oxide Heterostructures from a Realistic Many-Body Perspective
Oxide heterostructures are a new class of materials by design, that open the
possibility for engineering challenging electronic properties, in particular
correlation effects beyond an effective single-particle description. This short
review tries to highlight some of the demanding aspects and questions,
motivated by the goal to describe the encountered physics from first
principles. The state-of-the-art methodology to approach realistic many-body
effects in strongly correlated oxides, the combination of density functional
theory with dynamical mean-field theory, will be briefly introduced. Discussed
examples deal with prominent Mott-band- and band-band-insulating type of oxide
heterostructures, where different electronic characteristics may be stabilized
within a single architectured oxide material.Comment: 19 pages, 9 figure
Time-dependent transport in interacting mesoscopic systems
We review recent applications of the nonequilibrium Green function technique
to time-dependent transport in mesoscopic systems.Comment: Submitted to "Progress in Nonequilibrium Green's Functions", Ed. M.
Bonitz, World Scientific; 24 pages, 7 figures, uses sprocl.sty (included)
Revised version (misprints corrected, added two references
Generalized method of Feynman-Pines diagram technique in the theory of energy spectrum of two-level quasiparticle renormalized due to multi-phonon processes at cryogenic temperature
Theory of the spectrum of localized two-level quasi-particle renormalized due
to interaction with polarization phonons at cryogenic temperature is developed
using the generalized method of Feynman-Pines diagram technique. Using the
procedure of partial summing of infinite ranges of the main diagrams, mass
operator is obtained as a compact branched chain fraction, which effectively
takes into account multi-phonon processes. It is shown that multi-phonon
processes and interlevel interaction of quasiparticle and phonons cardinally
change the renormalized spectrum of the system depending on the difference of
energies of two states, which either resonates with phonon energy or does not.
The spectrum of non-resonant system contains renormalized energies of the main
states and two similar infinite series of groups of phonon satellite levels.
The spectrum of a resonant system contains a renormalized ground state and
infinite series of satellite groups.Comment: 14 pages, 2 figures, 1 tabl
Electric and Magnetic Coupling Phenomena at Oxide Interfaces
Perovskit-Oxide weisen eine große Bandbreite an physikalischen Eigenschaften bei gleichzeitig hoher struktureller Qualität in kleinsten Dimensionen auf. Die dramatischen Veränderungen ihrer Eigenschaften bei nur geringer Variation der stöchiometrischen Zusammensetzung sind sowohl für ein tieferes physikalisches Verständnis als auch für mögliche Anwendungsperspektiven interessant.
In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von Ladungsübertragung an Grenz-
flächen, Anisotropiemodifikation durch Verspannung und Oberflächeneffekte sowie magnetische und strukturelle Kopplung untersucht. Aufgrund ihrer kontrastierenden Eigenschaften im Hinblick auf Ferromagnetismus und Ladungstransport wurden dotiertes Lanthanmanganat und Strontiumruthenat (SRO) für die Untersuchungen ausgewählt. Durch ihre hervorragenden Wachstumseigenschaften mit fehlerlosen Grenzflächen auf atomarer Ebene erlauben sie als Modellsystem die Untersuchung elektronischer, magnetischer und struktureller Kopplung in Perovskit-Oxiden – mit folgenden Ergebnissen:
Durch Ladungsübertragung an Grenzflächen wird Ferromagnetismus in Schichten
von weniger als vier Einheitszellen in Manganaten stabilisiert.
Die mikroskopische Struktur der Systeme kann aus der Analyse der durch die
Anisotropie bedingten Symmetrie der winkelabhängigen Magnetotransport-
messungen erschlossen werden.
Bei abnehmender Schichtdicke verringert sich die intrinsische orthorhombische Symmetrie in SRO zugunsten einer tetragonalen aufgrund der Symmetriebrechung an der Grenzfläche. Die Untersuchungen des anormalen Hall Effekts unterstreichen seine Tensor-Natur und zeigen eine Abhängigkeit des Vorzeichens sowohl von der magnetischen Anisotropie als auch der mikroskopischen Schichtqualität.
Die Beobachtung einer Anisotropie oberhalb der Übergangstemperatur von SRO in Manganatschichten einer Dicke von zwei bis sechs Einheitszellen weist auf eine strukturelle Kopplung über die Sauerstoffoktaederrotationen hin.
Die komplexe Wechselwirkung zwischen antiferromagnetischer Kopplung und schichtdickenabhängiger Anisotropie und dem magnetischen Moment werden in einem 2-Schichten-Modell beschrieben.
Übergitter mit Einzelschichten von weniger als drei Einheitszellen lassen sich nicht mehr mit individuellen Einzelschichten beschreiben sondern stellen einen künstlichen Ferrimagneten dar.Perovskite oxides show a range of physical properties in combination with high structural quality in small dimensions. The dramatic change of their properties upon small variation in stoichiometry or external influences as pressure/strain are interesting for both a deeper understanding of fundamental condensed matter physics as well as electronic applications.
In the present thesis the influence of charge transfer at interfaces, modification of the magnetic anisotropy by strain and surface effects, as well as magnetic and structural coupling was studied. In virtue of their contrasting ferromagnetic and transport properties, charge doped lanthanum manganite and strontium ruthenate (SRO) were chosen for this study. Their superior growth properties allowing atomically flat defect free interfaces make them a model system to study electronic magnetic and structural coupling phenomena in perovskite oxides − with the following findings:
Charge transfer at interfaces stabilizes ferromagnetism in single layers of manganites down to one unit cell thickness similar to finite size scaling in ordinary transition metal ferromagnets.
The microscopic structure of crystalline layers can be obtained from an analysis of the symmetries present in angle dependent magnetotransport measurements, which are determined by the anisotropy.
Upon thickness reduction, the intrinsic orthorhombic symmetry in SRO is reduced in favour of a tetragonal one owing to the symmetry breaking at the interface.
Studies on the anomalous Hall effect underline its tensorial nature and show a sign dependence on both magnetic anisotropy and microstructural quality.
The observation of an in-plane anisotropy in manganite layers in the thickness range of two to six unit cells indicates a structural coupling via the oxygen octahedra.
The complex interplay of antiferromagnetic coupling and layer thickness dependent anisotropy and magnetic moment are described in a bilayer model.
Superlattices with individual layers of less than three unit cells cannot be described by the individual layer properties but represent an artificial ferrimagnet
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