铁磁复合结构中磁子自旋流的自旋互换效应
2023-11-8 9:52:55本站
自旋流是同时描述自旋取向和自旋流动的张量。除传导电子外，由于交换耦合，磁子传输也可形成自旋流。已有理论预言，由于重金属/磁性金属界面的自旋轨道耦合，界面附近可发生自旋互换 (spin swapping) 效应，即自旋取向和自旋流动方向互换，但一直缺少实验证据。
图1：内部垂直各向异性，表面面内各向异性的复合铁磁体示意图。
2022年，东南大学林维维教授与Johns Hopkins大学钱嘉陵教授课题组在实验上发现了存在于倾斜反铁磁绝缘体中的磁子自旋流自旋互换效应。并且，这种现象只出现在垂直磁化和面内磁化共存的倾斜反铁磁中，在磁各向异性单一的共线磁介质中，没有观察到相关现象。
图2：界面附近沿x和z方向自旋流的变化。
与华中科技大学张悦副教授课题组合作，通过理论计算和微磁学模拟，本文预测，在两种磁各向异性共存(内部垂直各向异性，表面面内各向异性)的复合铁磁体系中（图1），由于界面的交换耦合，内部垂直磁性层中自旋取向垂直的面内自旋流也可转化为表面面内自旋取向的垂直自旋流，形成自旋互换效应（图2）。更重要的是，这种由于自旋互换效应产生的垂直自旋流可产生微伏级逆自旋霍尔电压，与传统自旋泵浦产生逆自旋霍尔电压非常接近。表明如果磁场不是足够大，磁性材料表面磁矩空间取向的不一致性可能会对逆自旋霍尔电压测试产生不可忽视的影响。
相关工作近期以快报形式发表于PRB。此项研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。
