Хиральная спин-орбитроника гетероперехода гелимагнетик–нормальный металл

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Построена теория спинового и зарядового транспорта в ограниченных металлических магнетиках, учитывающая эффекты спин-орбитального рассеяния электронов проводимости на дефектах кристаллической решетки. Теория применима для описания спинового эффекта Холла и аномального эффекта Холла, что позволяет положить ее в основу описания явлений спин-орбитроники. Сформулированы феноменологические граничные условия для потоков заряда и спина на границе раздела двух различных металлов, на основе которых описана инжекция в гелимагнетик чисто спинового тока, возникающего в нормальном металле как проявление спинового эффекта Холла. Предсказано существование “эффекта хиральной поляризации чисто спинового тока”, который заключается в возникновении в гелимагнетике продольно-поляризованного чисто спинового тока и продольной компоненты неравновесной намагниченности электронов, зависящих от хиральности спирали гелимагнетика, при инжекции из нормального металла поперечно-поляризованного спинового тока.

Об авторах

В. В. Устинов

Институт физики металлов УрО РАН; Институт естественных наук и математики УрФУ

Email: ustinov@imp.uran.ru
Россия, 620108, Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18; Россия, 620002, Екатеринбург, ул. Куйбышева, 48

И. А. Ясюлевич

Институт физики металлов УрО РАН

Email: ustinov@imp.uran.ru
Россия, 620108, Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18

Н. Г. Бебенин

Институт физики металлов УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: ustinov@imp.uran.ru
Россия, 620108, Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18

Список литературы

  1. Stashkevich A.А. Spin-orbitronics a novel trend in spin oriented electronics // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2019. Т. 22. С. 45–54.
  2. Manchon A., Zelzny J., Miron I. M., Jungwirth T., Sinova J., Thiaville A., Garello K., Gambardella P. Current-induced spin-orbit torques in ferromagnetic and antiferromagnetic systems // Rev. Mod. Phys. 2019. V. 91. P. 035 004.
  3. Cao Y., Xing G., Lin H., Zhang N., Zheng H., Wang K. Prospect of spin-orbitronic devices and their applications // iScience. 2020. V. 23. P. 101614.
  4. Ando K. Generation and manipulation of current-induced spin-orbit torques // Proc. Jpn. Acad., Ser. B. 2021. V. 97. P. 499–519.
  5. Go D., Jo D., Lee H.-W., Kläui M., Mokrousov Y. Orbitronics: Orbital currents in solids // Europhys. Lett. 2021. V. 135. P. 37001.
  6. Дьяконов М.И., Перель В.И. О возможности ориентации электронных спинов током // Письма в ЖЭТФ. 1971. Т. 13. С. 657–660.
  7. Dyakonov M.I., Perel V.I. Current-induced spin orientation of electrons in semiconductors // Phys. Lett. A. 1971. V. 35. P. 459–460.
  8. Hirsch J.E. Spin Hall effect // Phys. Rev. Lett. 1999. V. 83. P. 1834–1837.
  9. Zhang S. Spin Hall effect in the presence of spin diffusion // Phys. Rev. Lett. 2000. V. 85. P. 393–396.
  10. Hoffmann A. Spin Hall effects in metals // IEEE Trans. Magn. 2013. V. 49. P. 5172– 5193.
  11. Niimi Y., Otani Y. Reciprocal spin Hall effects in conductors with strong spin–orbit coupling: A review // Rep. Prog. Phys. 2015. V. 78. P. 124501.
  12. Sinova J., Valenzuela S.O., Wunderlich J., Back C.H., Jungwirth T. Spin Hall Effects // Rev. Mod. Phys. 2015. V. 87. P. 1213–1259.
  13. Dyakonov M.I. (ed.) Spin Physics in Semiconductors. Springer Series in Solid-State Sciences. 2017. V. 157. 532 p.
  14. Kato Y.K., Myers R.C., Gossard A.C., Awschalom D.D. Observation of the spin Hall effect in semiconductors // Science. 2004. V. 306. P. 1910–1913.
  15. Valenzuela S.O., Tinkham M. Direct electronic measurement of the spin Hall effect // Nature (London). 2006. V. 442. P. 176–179.
  16. Kimura T., Otani Y., Sato T., Takahashi S., Maekawa S. Room-temperature reversible spin Hall effect // Phys. Rev. Lett. 2007. V. 98. P. 156601.
  17. Ramaswamy R., Lee J.M., Cai K., Yang H. Recent advances in spin-orbit torques: Moving towards device applications // Appl. Phys. Rev. 2018. V. 5. P. 031107.
  18. Pham V.T., Cosset-Chéneau M., Brenac A., Boulle O., Marty A., Attané J.-P., Vila L. Evidence of interfacial asymmetric spin scattering at ferromagnet-Pt interfaces // Phys. Rev. B. 2021. V. 103. P. L201403.
  19. Zhang W., Jungfleisch M.B., Jiang W., Pearson J.E., Hoffmann A., Freimuth F., Mokrousov Y. Spin Hall effects in metallic antiferromagnets // Phys. Rev. Lett. 2014. V. 113. P. 196602.
  20. Yang Y., Xu Y., Zhang X., Wang Y., Zhang S., Li R.-W., Mireshekarloo M.S., Yao K., Wu Y., Fieldlike spin-orbit torque in ultrathin polycrystalline FeMn films // Phys. Rev. B. 2016. V. 93. P. 094402.
  21. Wadley P., Howells B., Zelezný J., Andrews C., Hills V., Campion R.P., Novák V., Olejník K., Maccherozzi F., Dhesi S.S., Martin S.Y., Wagner T., Wunderlich J., Freimuth F., Mokrousov Y., Kunes J., Chauhan J.S., Grzybowski M.J., Rushforth A.W., Edmonds K.W., Gallagher B.L., Jungwirth T. Electrical switching of an antiferromagnet // Science. 2016. V. 351. P. 587.
  22. DuttaGupta S., Kurenkov A., Tretiakov O.A., Krishnaswamy G., Sala G., Krizakova V., Maccherozzi F., Dhesi S.S., Gambardella P., Fukami S., Ohno H. Spin-orbit torque switching of an antiferromagnetic metallic heterostructure // Nat. Commun. 2020. V. 11. P. 5715.
  23. Mishra R., Yu J., Qiu X., Motapothula M., Venkatesan T., Yang H. Anomalous current-induced spin torques in ferrimagnets near compensation // Phys. Rev. Lett. 2017. V. 118. P. 167201.
  24. Takeuchi Y., Yamane Y., Yoon J.-Y., Itoh R., Jinnai B., Kanai S., Ieda J., Fukami S., Ohno H. Chiral-spin rotation of non-collinear antiferromagnet by spin–orbit torque // Nat. Mater. 2021. V. 20. P. 1364–1370.
  25. Aqeel A., Vlietstra N., Heuver J.A., Bauer G.E.W., Noheda B., van Wees B.J., Palstra T.T.M. Spin-Hall magnetoresistance and spin Seebeck effect in spin-spiral and paramagnetic phases of multiferroic CoCr2O4 // Phys. Rev. B. 2015. V. 92. P. 224410.
  26. Aqeel A., Vlietstra N., Roy A., Mostovoy M., van Wees B.J., Palstra T.T.M. Electrical detection of spiral spin structures in Pt|Cu2OSeO3 heterostructures // Phys. Rev. B. 2016. V. 94. P. 134418.
  27. Aqeel A., Mostovoy M., van Wees B.J., Palstra T.T.M. Spin-Hall magnetoresistance in multidomain helical spiral systems // J. Phy. D: Appl. Phys. 2017. V. 50. P. 174 006.
  28. Устинов В.В., Ясюлевич И.А. Электронный спиновый ток и спин-зависимые гальваномагнитные явления в металлах // ФММ. 2020. Т. 121. С. 257–269.
  29. Вонсовский С.В. Магнетизм // М.: Наука, 1971. 1032 с.
  30. Ustinov V.V., Yasyulevich I.A. Electrical magnetochiral effect and kinetic magnetoelectric effect induced by chiral exchange field in helical magnetics // Phys. Rev. B. 2020. V. 102. P. 134 431.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать