中文摘要：

利用自主发展的基于第一性原理的纳米体系电子及自旋的输运性质研究的计算方法, 成功地研究了(1)界面电阻，系统地讨论了界面透射对纳米体系电子输运的影响，首次在理论上对界面电阻实验结果进行了圆满的解释；(2)自旋极化电流对磁矩的转矩，提出了隧道结中可实现自旋流与电流的分离；(3)设计出了基于自旋转矩的全金属逻辑电路；（4）从相对论的拉氏量出发，严格推导出自旋流的定义，澄清了自旋电子学中的一些基本概念。这些结果对发展新的以自旋为信息载体的技术有积极的推动作用。在国际著名学术刊物上已发表论文38篇，其中Nature nanotech.一篇，Phys. Rev. Lett. 4篇，Nano Lett.1篇，Phys. Rev. 10余篇。相关工作已经引起广泛关注,被引328次，单篇最高引用65次。 在包括美国物理学会三月会议等多个国际做邀请报告。

结论摘要：

本项目重点发展了基于第一性原理的非平衡态电子结构计算程序。在电子输运过程中同时考虑缺陷以及掺杂，以及非平衡态电子分布的影响,并将其应用于自旋流导致的磁矩翻转理论研究.我们重点关注了小体系中如何有效利用温度差产生自旋转矩的问题. 1). Ag-YIG(铁磁绝缘体)界面的自旋转矩: 基于真实的能带结构，采用无参数的第一性原理方法研究了了Ag/YIG界面的输运性质。细致探讨了Ag/YIG界面的混合电导的计算方法。计算得到Ag/YIG界面的Gmix～1014Ω？1m？2，这个数值接近于非磁/磁性金属界面（NM/FM）的数值，但比已有的实验观测值大两个数量级。我们用局域模型对计算结果进行了解释。最近有两个实验小组的结果支持我们的计算. 2)基于真实的能带结构，采用无参数的第一性原理方法研究了存在电位偏压和温差条件下Fe/MgO/Fe的输运性质，发现超薄的Fe/MgO(3L)/Fe具有较大的热电效应，这源于较薄Fe/MgO/Fe中界面态共振隧穿导致的透射率在费米能级附近强烈的非对称性。界面无序使较薄的Fe/MgO(3L)/Fe热电效应减弱但使较厚Fe/MgO(7L)/Fe的热电效应增强。干净界面Fe/MgO(3L)/Fe在10K和300K时ZT分别为0.21×10-3和0.01.直接的实验支持来自于散列噪声实验[Arakawa et al., Appl. Phys. Lett. 98, 202103(2011)].