磁振子传递自旋转移力矩

2017-8-24 19:25:18

     1996年J. SlonczewskiL. Berger各自独立的提出了自旋转移力矩(Spin Transfer Torque)的概念:在铁磁性金属中,自旋极化的传导电子(费米子)与局域磁矩发生相互作用,把自身的自旋角动量转移给局域磁矩,从而引起局域磁矩的运动。两位教授因为该项开创性的工作获得美国物理学会久负盛名的Oliver E. Buckley凝聚态物理学奖,并被认为极有希望获得诺贝尔奖。此后近二十年,基于这一理论,涌现了大量的理论和实验工作,主要集中在研究自旋转移力矩驱动的磁矩翻转和磁畴壁运动。可是,这里面有个瓶颈始终没有克服,那就是在铁磁金属里广泛存在的焦耳发热(Joule Heating)问题。我们预言,作为玻色子的自旋波/磁振子(Magnon)同样能非常有效地通过传递自身的自旋角动量,产生自旋转移力矩效应,并且由于过程当中并不涉及传导电子,从而避免了焦耳发热的问题,尤其适用于铁磁性的绝缘材料。我们考虑的物理机制是这样的:磁振子是量子化的自旋波,是自旋角动量为1的准粒子。以自旋波和磁畴壁的相互作用为例,当自旋波穿过磁畴壁之后,它的自旋角动量从-1变成+1。根据角动量守恒原理,这部分变化的角动量会被磁畴壁吸收,之后,磁畴壁将逆着自旋波传播方向运动,从而在磁性绝缘体里面非常有效地实现自旋转移力矩效应。我们把这种效应命名为磁振子自旋转移力矩(Magnonic Spin Transfer Torque)。

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