Spin Hallova magnetorezistence - Spin Hall magnetoresistance

Spin Hallova magnetorezistence (SMR) je transportní jev, který se vyskytuje u některých elektrických vodičů, které mají alespoň jeden povrch v přímém kontaktu s jiným magnetickým materiálem v důsledku změn spinového proudu přítomných v kovech a polovodičích s velkým spinovým Hallovým úhlem.[1] Nejsnadněji se zjistí, když je magnetickým materiálem izolátor, který eliminuje další magneticky citlivé transportní účinky vyplývající z vedení v magnetickém materiálu.

Počátky

Spin Hallova magnetorezistence je jedním z mnoha způsobů, kterými je elektrický odpor materiálu ovlivňován Spinovým Hallovým efektem. Elektron pohybující se vodičem je rozptýlen spinovým Hallovým efektem ve směru určeném jeho orientací rotace, který indukuje čistou akumulaci rotace na okraji vodičů.[2] Spinálně polarizované elektrony na povrchu vodičů jsou schopné interagovat s magnetizací magnetického materiálu v těsné blízkosti prostřednictvím točivý moment. Když je spin vodivých elektronů vyrovnán rovnoběžně se směrem magnetizace, elektron se odráží od povrchu vodiče beze změny jeho rotace, avšak pokud existuje součást magnetizace, která je kolmá k orientaci rotace, lze spin otočit na jeho opačný stav přenáší moment hybnosti na magnetický materiál. To má za následek točivý proud, který se pohybuje normálně ke směru nabíjecího proudu, který lze změnit změnou směru magnetizace.[3] Tento spinový proud je vychýlen prostřednictvím Hallova inverzního spinového efektu, který sčítá nebo odečítá hybnost elektronů ve směru nabíjecího proudu v závislosti na velikosti a znaménku Hallova úhlu spinů. Tato výchylka poskytuje přídavek k měrnému odporu vodičů, což umožňuje odhadnout spinový proud změnou elektrického odporu.[4]

Popis

Pro konstrukci zařízení, které vykazuje spinovou Hallovu magnetorezistenci, je zapotřebí vícevrstvý vodič a magnetický materiál. Platina se běžně používá jako vodič díky svému velkému rotačnímu Hallovu úhlu a YIG se používá jako magnetický materiál, přičemž vodič je nahoře uložen s čistým rozhraním. Magnetizaci YIG lze otáčet aplikovaným magnetickým polem dostatečně silným na jeho nasycení, což má za následek změnu odporu vodičů. Stupnice pozorované změny odporu závisí na Hallově úhlu vodičů a poměru délky spinové difúze a tloušťky vodivých materiálů. Protože většina délek spinové difúze je krátká, účinek je významný pouze u materiálů, které jsou tlusté jen několik nanometrů.

Úhlová závislost

Jedním z podpisů spinovy ​​Hallovy magnetorezistence je to, že změna odporu je pozorována, když se magnetizace izolátoru otáčí vzhledem k ose spinu a ne ke směru nábojového proudu, jak je vidět u anizotropní magnetorezistence.[5] Změna odporu měří vzor čtvercové sinusové vlny, když se magnetizační vektor otáčí kolem osy, která má složku kolmou k ose otáčení. Bylo pozorováno, že platina má maximální změny měrného odporu až 0,12%.[1]

Teplotní závislost

V platině je zjištěno, že maximální změna odporu dosahuje maxima přibližně 120 K pro všechny tloušťky[6]

Aplikace

Díky točivému momentu přenosu na rozhraní vodiče a magnetu může být z kovu do izolátoru vstřikován spinový proud. To umožňuje nové spintronika experimenty zkoumající možnost přenosu informací o rotaci přes izolátor, což by mělo tu výhodu, že nedojde ke ztrátě energie v důsledku Joule topení.[3]

Reference

  1. ^ A b Nakayama, H (2013-05-17). "Spin Hallova magnetorezistence vyvolaná nerovnovážným efektem přiblížení". Phys. Rev. Lett. 110 (20): 206601. arXiv:1211.0098. doi:10.1103 / PhysRevLett.110.206601. PMID  25167435.
  2. ^ Dyakonov a I. I. Perel; Perel '(1971). "Možnost orientace elektronových točení proudem". Sov. Phys. JETP Lett. 13: 467. Bibcode:1971JETPL..13..467D.
  3. ^ A b Chen, Y (2016-02-16). "Teorie spinové Hallovy magnetorezistence (SMR) a souvisejících jevů". J. Phys. Kondenzáty. Hmota. 28 (10): 103004. arXiv:1507.06054. doi:10.1088/0953-8984/28/10/103004. PMID  26881498.
  4. ^ Marmion, S (2014-06-13). "Teplotní závislost spinové Hallovy magnetorezistence v tenkých YIG / Pt filmech" (PDF). Phys. Rev. B. 89 (22). doi:10.1103 / PhysRevB.89.220404.
  5. ^ McGuire, T .; Potter, R. (1975). „Anizotropní magnetorezistence ve feromagnetických 3D slitinách“ (PDF). Transakce IEEE na magnetice. 11 (4): 1018–1038. Bibcode:1975ITM .... 11.1018M. doi:10.1109 / TMAG.1975.1058782.
  6. ^ Marmion, S. "Porovnání teplotní závislosti magnetické rezistence rotace Hall v systémech YIG / metal". Bílé růže eTheses. Citováno 19. září 2017.