Магнитосопротивление спинового холла - Spin Hall magnetoresistance

Магнитосопротивление спин-холла (SMR) - это явление переноса, которое обнаруживается в некоторых электрических проводниках, у которых по крайней мере одна поверхность находится в прямом контакте с другим магнитным материалом из-за изменений спинового тока, которые присутствуют в металлах и полупроводниках с большим спиновым углом Холла.[1] Его легче всего обнаружить, когда магнитный материал является изолятором, который устраняет другие магниточувствительные транспортные эффекты, возникающие из-за проводимости в магнитном материале.

Происхождение

Спиновое магнитосопротивление Холла - это один из многих способов, которыми на электрическое сопротивление материала влияет спиновой эффект Холла. Электрон, движущийся через проводник, рассеивается спиновым эффектом Холла в направлении, определяемом его ориентацией спина, что вызывает суммарное накопление спина на краю проводника.[2] Спин-поляризованные электроны на поверхности проводников могут взаимодействовать с намагниченностью магнитного материала в непосредственной близости через крутящий момент передачи вращения. Когда спин электронов проводимости выровнен параллельно направлению намагниченности, электрон отражается от поверхности проводника без изменения его спина, однако, когда есть компонента намагниченности, которая перпендикулярна ориентации спина, спин может быть изменен на его противоположное состояние, передающее угловой момент в магнитный материал. Это приводит к возникновению спинового тока, который движется перпендикулярно направлению тока заряда, который можно изменить, изменив направление намагничивания.[3] Этот спиновый ток отклоняется за счет обратного спинового эффекта Холла, который добавляет или вычитает из импульса электронов в направлении тока заряда в зависимости от размера и знака угла Холла спина проводников. Это отклонение обеспечивает добавление к удельному сопротивлению проводников, позволяя оценивать спиновой ток по изменению удельного электрического сопротивления.[4]

Описание

Для создания устройства, демонстрирующего спин-холловское магнитосопротивление, необходим многослойный проводник и магнитный материал. Платина обычно используется в качестве проводника из-за большого угла Холла спина и ЖИГ используется в качестве магнитного материала с проводником, нанесенным сверху с чистой поверхностью раздела. Намагниченность ЖИГ может быть повернута приложенным магнитным полем, достаточно сильным, чтобы насытить его, что приводит к изменению удельного сопротивления проводников. Масштаб наблюдаемого изменения сопротивления зависит от угла Холла спина проводника и соотношения длины спиновой диффузии и толщины проводящих материалов. Поскольку большинство длин спиновой диффузии короткие, этот эффект заметен только в материалах толщиной всего несколько нанометров.

Угловая зависимость

Одним из отличительных признаков спинового магнитосопротивления Холла является то, что изменение сопротивления наблюдается, когда намагниченность изолятора вращается относительно оси вращения, а не относительно направления тока заряда, как это видно на анизотропном магнитосопротивлении.[5] Изменение удельного сопротивления следует квадрату синусоидальной волны, когда вектор намагниченности вращается вокруг оси, имеющей компонент, нормальный к оси вращения. Платина имеет максимальные изменения удельного сопротивления до 0,12%.[1]

Температурная зависимость

В платине максимальное изменение сопротивления достигает максимума приблизительно при 120 К для всех толщин.[6]

Приложения

Из-за крутящего момента передачи спина на границе раздела проводника и магнита спиновый ток может инжектироваться из металла в изолятор. Это позволяет новым спинтроника эксперименты по исследованию возможности передачи информации о спине через изолятор, преимущество которого заключается в отсутствии потерь мощности из-за Джоулевое нагревание.[3]

Рекомендации

  1. ^ а б Накаяма, Х (17 мая 2013 г.). «Спин-холл магнитосопротивление, вызванное неравновесным эффектом близости». Phys. Rev. Lett. 110 (20): 206601. arXiv:1211.0098. Дои:10.1103 / PhysRevLett.110.206601. PMID  25167435.
  2. ^ М. И. Дьяконов, В. И. Перель; Перель (1971). «Возможность ориентировать электронные спины током». Сов. Phys. ЖЭТФ Lett. 13: 467. Bibcode:1971JETPL..13..467D.
  3. ^ а б Чен, И (16.02.2016). «Теория спинового холловского магнитосопротивления (SMR) и родственные явления». J. Phys. Конденс. Иметь значение. 28 (10): 103004. arXiv:1507.06054. Дои:10.1088/0953-8984/28/10/103004. PMID  26881498.
  4. ^ Мармион, S (13.06.2014). «Температурная зависимость спинового холловского магнитосопротивления в тонких пленках YIG / Pt» (PDF). Phys. Ред. B. 89 (22). Дои:10.1103 / PhysRevB.89.220404.
  5. ^ McGuire, T .; Поттер, Р. (1975). «Анизотропное магнитосопротивление в ферромагнитных 3d сплавах». (PDF). IEEE Transactions on Magnetics. 11 (4): 1018–1038. Bibcode:1975ИТМ .... 11.1018М. Дои:10.1109 / TMAG.1975.1058782.
  6. ^ Мармион, С. «Сравнение температурной зависимости спинового магнетосопротивления в системах ЖИГ / металл». Белая роза. Получено 19 сентября 2017.