Molecular-spintronics: The art of driving spin through molecules

Journal of Computational and Theoretical Nanoscience

Volumn 3, Issue 5, 2006, Pages 624-642

  Sanvito, S ^a   Rocha, A R ^a  

^a TRINITY COLLEGE DUBLIN   (Ireland)

Author keywords

Density functional theory; Magnetism; Molecular electronics; Spin electronics; Transport theory

Indexed keywords

ARCHITECTURAL DESIGN; MAGNETISM; NANOSTRUCTURED MATERIALS; ORGANIC COMPOUNDS; PROBABILITY DENSITY FUNCTION; SOLID STATE PHYSICS;

MOLECULAR-ELECTRONICS; SPIN-ELECTRONICS; SPIN-POLARIZED CURRENTS; TRANSPORT THEORY;

ELECTRONIC EQUIPMENT;

EID: 33845796962     PISSN: 15461955     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1166/jctn.2006.003     Document Type: Conference Paper

References (125)

1. M. N. Baibich, J. M. Broto, A. Fert, F. Nguyen Van Dau, F. Petroff, P. Etienne, G. Creuzet, A. Friederich, and J. Chazelas, Phys. Rev. Lett. 61, 2472 (1988).
2. G. Binasch, P. Grünberg, F. Saurenbach, and W. Zinn, Phys. Rev. B 39, 4828 (1989).
3. S. A. Wolf, D. D. Awschalom, R. A. Buhrman, J. M. Daughton, S. von Molnar, M. L. Roukes, A. Y. Chtchelkanova, and D. M. Tregeret, Science 294, 1488 (2001).
4. G. Prinz, Science 282, 1660 (1998).
5. G. Prinz, Phys. Today 48, 58 (1995).
6. J. M. Kikkawa and D. D. Awschalom, Phys. Rev. Lett. 80, 4313 (1998).
7. J. M. Kikkawa and D. D. Awschalom, Nature 397, 139 (1999).
8. D. P. D. Vincenzo, Science 270, 255 (1995).
9. S. Datta and B. Das, Appl. Phys. Lett. 56, 665 (1990).
10. E. I. Rashba, Sov. Phys. Solid State 2, 1109 (1960).
11. Y. K. Kato, R. C. Myers, A. C. Gossard, and D. D. Awschalom, Science Express 306, 1910 (2004).
12. M. I. Dyakonov and V. I. Perel, Sov. Phys. JETP 38, 177 (1974).
13. C. Joachim, J. K. Gimzewski, and A. Aviram, Nature (London) 408, 541 (2000).
14. J. Chen, M. A. Reed, A. M. Rawlett, and J. M. Tour, Science 286, 1550 (1999).
15. Z. Yao, H. W. C. Postman, L. Balents, and C. Dekker, Nature 402, 273 (1999).
16. P. J. Kuekes, J. R. Heath, and R. S. Williams, US Patent number 6128214 (Hewlett-Packard), (2000).
17. S. J. Tans, A. R. M. Verschueren, and C. Dekker, Nature 393, 49 (1998).
18. C. P. Collier, E. W. Wong, M. Belohradsky, F. M. Raymo, J. F. Stoddart, P. J. Kuekes, R. S. Williams, and J. R. Heath, Science 285, 391 (1999).
19. Y. Huang, X. Duan, Y. Cui, L. J. Lauhon, K.-H. Kim, and C. M. Lieber, Science 294, 1313 (2001).
20. K. Tsukagoshi, B. W. Alphenaar, and H. Ago, Nature 401, 572 (1999).
21. J. R. Petta, S. K. Slater, and D. C. Ralph, Phys. Rev. Lett. 93, 136601 (2004).
22. Z. H. Xiong, D. Wu, Z. Valy Vardeny, and J. Shi, Nature 427, 821 (2004).
23. V. Dediu, M. Murgia, F. C. Matacotta, C. Taliani, and S. Barbanera, Solid State Commun. 122, 181 (2002).
24. M. Ouyang and D. D. Awschalom, Science 301, 1074 (2003).
25. C. K. Chiang, C. R. Fincher, Jr., Y. W. Park, A. J. Heeger, H. Shirakawa, E. J. Louis, S. C. Gau, and A. G. MacDiarmid, Phys. Rev. Lett. 39, 1098 (1977).
26. D. Gatteschi, R. Sessoli, and J. Villain, Molecular Nanomagnets, Oxford University Press, Oxford (2006).
27. A. R. Rocha, V. M. García-Suárez, S. W. Bailey, C. J. Lambert, J. Ferrer, and S. Sanvito, Phys. Rev. B 73, 085414 (2006); see also www.smeagol.tcd.ie.
28. A. R. Rocha, V. M. García-Suárez, S. W. Bailey, C. J. Lambert, J. Ferrer, and S. Sanvito, Nature Materials 4, 335 (2005).
29. J. Taylor, H. Guo, and J. Wang, Phys. Rev. B 63, 245407 (2001).
30. Y. Xue, S. Datta, and M. A. Ratner, Chem. Phys. 281, 151 (2002).
31. M. Bradbyge, J. Taylor, K. Stokbro, J.-L. Mozos, and P. Ordejón, Phys. Rev. B 65, 165401 (2002).
32. J. J. Palacios, A. J. Pérez-Jiménez, E. Louis, E. SanFabián, and J. A. Vergés, Phys. Rev. B 66, 035322 (2002).
33. A. Pecchia and A. Di Carlo, Rep. Prog. Phys. 67, 1497 (2004).
34. H. Hohenberg and W. Kohn, Phys. Rev. 136, B864 (1964).
35. C. Toher, A. Filippetti, S. Sanvito, and K. Burke, Phys. Rev. Lett. 95, 146402 (2005).
36. M. Starnenova, S. Sanvito, and T. Todorov, Phys. Rev. B 72, 134407 (2005).
37. J. M. D. Coey and S. Sanvito, Physics World, November 33, (2004).
38. J. M. Soler, E. Artacho, J. D. Gale, A. García, J. Junquera, P. Ordejón, and D. Sanchez-Portal, J. Phys. Cond. Matter 14, 2745 (2002).
39. T.-S. Choy, Ph.D. Thesis, University of Florida (2001), http://www.phys.ufl.edu/fermisurface/.
40. J. C. Slater, J. Appl. Phys. 8, 385 (1937).
41. L. Pauling, Phys. Rev. 54, 899 (1938).
42. J. M. D. Coey and S. Sanvito, J. Phys.: Appl. Phys. 37, 988 (2004).
43. N. Mott, Proc. Roy. Soc. A 153, 699 (1936).
44. I. I. Mazin, Phys. Rev. Lett. 83, 1427 (1999).
45. S. P. Lewis, P. B. Allen, and T. Sasaki, Phys. Rev. B 55, 10253 (1997).
46. B. Nadgorny, I. I. Mazin, M. Osofsky, R. J. Soulen, Jr., P. Broussard, R. M. Stroud, D. J. Singh, V. G. Harris, A. Arsenov, and Ya Mukovskii, Phys. Rev. B 63, 184433 (2001).
47. D. Singh, Phys. Rev. B 55, 313 (1997).
48. J. de Teresa, A. Barthélémy, A. Fert, J. P. Contour, F. Montaigne, and P. Seneor, Science 286, 507 (1999).
49. S. Datta, Nanotechnology 15, S433 (2004).
50. B. C. Stipe, M. A. Rezaei, and W. Ho, Science 280, 1732 (1998).
51. A. P. Sutton, Electronic Structure of Materials, Oxford University Press, Oxford, UK (1996).
52. P. S. Krastic, D. J. Dean, X.-G. Zhang, D. Keffer, Y. S. Leng, P. T. Cummings, and J. C. Wells, Comp. Mat. Sci. 28, 321 (2003).
53. J. H. Davies, The Physics of Low-dimensional Semiconductors: An Introduction, Cambridge University Press December 13, (1997).
54. J. Serrano, M. Cardona, and T. Ruf, Solid State Commun. 113, 411 (2000).
55. A. Khaetskii, D. Loss, and L. Glazman, Phys. Rev. B 67, 195329 (2003).
56. G. Salis, D. T. Fuchs, J. M. Kikkawa, D. D. Awschalom, Y. Ohno, and H. Ohno, Phys. Rev. Lett. 86, 2677 (2001).
57. M. Iulliere, Phys. Lett. A 50, 225 (1975).
58. S. Pramanik, C.-G. Stefanita, S. Bandyopadhyay, N. Harth, K. Garre, and M. Cahay, cond-mat/0508744.
59. A. J. Heeger, S. Kivelson, J. R. Schrieffer, and W. P. Su, Rev. Mod. Phys. 60, 782 (1988).
60. V. I. Krinichnyi, Synth. Metals 108, 173 (2000).
61. S. J. Xie, K. H. Ahn, D. L. Smith, A. R. Bishop, and A. Saxena, Phys. Rev. B 67, 125202 (2003).
62. M. Koentopp, K. Burke, and F. Evers, Phys. Rev. B 73, 121403(R) (2006).
63. H. Haug and A. P. Jauho, Quantum Kinetics in Transport and Optics of Semiconductors, Springer, Berlin (1996).
64. S. Sanvito, C. J. Lambert, J. H. Jefferson, and A. M. Bratkovsky, Phys. Rev. B 59, 11936 (1999).
65. E. G. Emberly and G. Kirczenow, Chem. Phys. 281, 311 (2002).
66. R. Pati, L. Senapati, P. M. Ajayan, and S. K. Nayak, Phys. Rev. B 68, 100407(R) (2003).
67. R. Pati, M. Mailman, L. Senapati, P. M. Ajayan, S. D. Mahanti, and S. K. Nayak, Phys. Rev. B 68, 014412 (2003).
68. L. Senapati, R. Pati, M. Mailman, and S. K. Nayak, cond-mat/0408462.
69. Y. Wei, Y. Xu, J. Wang, and H. Guo, Phys. Rev. B 70, 193406 (2004).
70. Note that this is the DFT-LDA gap, which might be substantially smaller than the actual gap.
71. J. Tomfohr and O. Sankey, Phys. Rev. B 65, 245105 (2002).
72. C. Tiusan, J. Faure-Vincent, C. Bellouard, M. Hehn, E. Jouguelet, and A. Schuhl, Phys. Rev. Lett. 93, 106602 (2004).
73. K. D. Belashchenko, J. Velev, and E. Y. Tsymbal, Phy. Rev. B 72, 140404(R) (2005).
74. H. Dalgleish and G. Kirczenow, Phys. Rev. B 72, 184407 (2005).
75. D. Waldron, P. Haney, B. Larade, A. MacDonald, and H. Guo, Phys. Rev. Lett. 96, 166804 (2006).
76. R. Saito, G. Dresslhaus, and M. Dresselhaus, Physical Properties of Carbon Nanotubes, Imperial College Press, London (1996).
77. S. Franck, P. Poncharal, Z. Wang, and W. de Heer, Science 280, 1744 (1998).
78. C. White and T. Todorov, Nature 393, 240 (1998).
79. B. Zhao, I. Mönch, T. Mühl, H. Vinzelberg, and C. Schneider, J. Appl. Phys. 91, 7026 (2002).
80. B. Zhao, I. Mönch, H. Vinzelberg, T. Mühl, and C. Schneider, Appl. Phys. Lett. 80, 3144 (2002).
81. S. Sahoo, T. Kontos, C. Schönenberger, and C. Sürgers, Appl. Phys. Lett. 86, 112109 (2005).
82. A. Jensen, J. Nygard, and J. Borggreen, in Toward the controllable quantum states. Proceedings of the International Symposium on Mesoscopic Superconductivity and Spintronics, edited by H. Takayanagi and J. Nitta (2003), p. 33.
83. S. Sahoo, T. Kontos, J. Furer, C. Hoffmann, M. Gräber, A. Cottet, and C. Schönenberger, Nature Physics 1, 99 (2005).
84. B. Nagabhirava, T. Bansal, G. U. Sumanasekera, and B. W. Alphenaar, Appl. Phys. Lett. 88, 023503 (2006).
85. L. E. Hueso, J. M. Pruneda, V. Ferrari, G. Burnell, J. P. Valdes-Herrera, B. D. Simons, P. B. Littlewood, E. Artacho, and N. D. Mathur, cond-mat/0511697.
86. J. Tersoff, Appl. Phys. Lett. 74, 2122 (1999).
87. P. Delaney and M. D. Ventra, Appl. Phys. Lett. 75, 4028 (1999).
88. H. Mehrez, J. Taylor, H. Guo, J. Wang, and C. Roland, Phys. Rev. Lett. 84, 2682 (2000).
89. S. Krompiewski, R. Gutierrez, and G. Cuniberti, Phys. Rev. B 69, 155423 (2004).
90. S. Krompiewski, J. Phys.: Condens. Matter 16, 2981 (2004).
91. N. Jean and S. Sanvito, Phys. Rev. B (2006).
92. M. Zwolak and M. Di Ventra, Appl. Phys. Lett. 81, 925 (2002).
93. X. F. Wang and T. Chakraborty, cond-mat/0512473.
94. G.-H. Kim and T.-S. Kim, Phys. Rev. Lett. 92, 137203 (2004).
95. J. Park, A. N. Pasupathy, J. I. Goldsmith, C. Chang, Y. Yaish, J. R. Petta, M. Rinkoski, J. P. Sethna, H. D. Abruna, P. L. McEuen, and D. C. Ralph, Nature (London) 417, 722 (2002).
96. W. Liang, M. P. Shores, M. Bockrath, J. R. Long, and H. Park, Nature (London) 417, 725 (2002).
97. A. Cornia, A. C. Fabretti, M. Pacchioni, L. Zobbi, D. Bonacchi, A. Caneschi, D. Gatteschi, R. Biagi, U. del Pennino, V. De Renzi, I. Gurevish, and H. J. van der Zant, Angew. Chem. Int. Ed. 42, 1645 (2003).
98. M. Mannini, D. Bonacchi, L. Zobbi, F. M. Piras, E. A. Speets, A. Caneschi, A. Cornia, A. Magnani, B. J. Ravoo, D. N. Reinhoudt, R. Sessoli, and D. Gatteschi, Nano Lett. 5, 1435 (2005).
99. H. B. Heersche, Z. de Groot, J. A. Folk, H. S. J. van der Zant, C. Romeike, M. R. Wegewijs, L. Zobbi, D. Barreca, E. Tondello, and A. Cornia, Phys. Rev. Lett. 96, 206801 (2006).
100. M.-H. Jo, J. E. Grose, K. Baheti, M. M. Deshmukh, J. J. Sokol, E. M. Rumberger, D. N. Hendrickson, J. R. Long, H. Park, and D. C. Ralph, Nano Lett., in press.
101. D. Gatteschi and R. Sessoli, Angew. Chem. Int. Ed. 42, 1268 (2003).
102. C. Romeike, M. R. Wegewijs, and H. Schoeller, cond-mat/0511391.
103. F. Elste and C. Timm, Phys. Rev. B 73, 235305 (2006).
104. C. Timm and F. Elste, Phys. Rev. B 73, 235304 (2006).
105. A. Thielmann, M. H. Hettler, J. König, and G. Schön, Phys. Rev. B 68, 115105 (2003).
106. K. Park, M. R. Pederson, and C. S. Hellberg, Phys. Rev. B 69, 014416 (2004).
107. K. Park and M. R. Pederson, Phys. Rev. B 70, 054414 (2004).
108. R. Liu, S.-H. Ke, H. U. Baranger, and W. Yang, Nano Lett. 5, 1959 (2005).
109. J. M. D. Coey, Solid State Sciences 7, 660667 (2005).
110. T. L. Makarova, Semiconductors 38, 615 (2004).
111. D. P. Young, D. Hall, M. E. Torelli, Z. Fisk, J. L. Sarrao, J. D. Thompson, H. R. Ott, S. B. Oseroff, R. G. Goodrich, and R. Zysler, Nature (London) 397, 412 (1999).
112. M. Venkatesan, C. B. Fitzgerald, and J. M. D. Coey, Nature (London) 430, 630 (2004).
113. Chaitanya Das Pemmaraju and S. Sanvito, Phys. Rev. Lett. 94, 217205 (2005).
114. I. S. Elfimov, S. Yunoki, and G. A. Sawatzky, Phys. Rev. Lett. 89, 216403 (2002).
115. J. Osorio-Guillén, S. Lany, S. V. Barabash, and A. Zunger, Phys. Rev. Lett. 96, 107203 (2006).
116. J. J. Attema, G. A. de Wijs, G. R. Blake, and R. A. de Groot, J. Am. Chem. Soc. 127, 16325 (2005).
117. J. Coey, M. Venkatesan, C. Fitzgerald, A. Douvalis, and I. Sanders, Nature 420, 156 (2002).
118. M. Ferreira and S. Sanvito, Phys. Rev. B 69, 035407 (2004).
119. O. Céspedes, M. S. Ferreira, S. Sanvito, M. Kociak, and J. M. D. Coey, J. Phys.: Condens. Matter 16, L155 (2004).
120. H.-Ch. Mertins, S. Valencia, W. Gudat, P. M. Oppeneer, O. Zaharko, and H. Grimmer, Europhys. Lett. 66, 743 (2004).
121. S. G. Ray, S. S. Daube, G. Leitus, Z. Vager, and R. Naaman, Phys. Rev. Lett. 96, 036101 (2006).
122. P. Crespo, R. Litrán, T. C. Rojas, M. Multigner, J. M. de la Fuente, J. C. Sánchez-López, M. A. Garcia, A. Hernando, S. Penadés, and A. Fernández, Phys. Rev. Lett. 93, 087204 (2004).
123. Y. Yamamoto, T. Miura, M. Suzuki, N. Kawamura, H. Miyagawa, T. Nakamura, K. Kobayashi, T. Teranishi, and H. Hori, Phys. Rev. Lett. 93, 116801 (2004).
124. Z. Vareg and R. Naaman, Phys. Rev. Lett. 92, 087205 (2004).
125. A. Hernando, P. Crespo, and M. A. Garcia, Phys. Rev. Lett. 96, 057206 (2006).