磁性隧道结中弹道自旋电流和力矩的解析描述

在这项工作中，我们展示了在施加电压下，具有非共线磁化的磁性隧道结中构成 2x2 旋量 (spinor) 的电荷电流和自旋电流的显式解析表达式。计算是在自由电子模型框架内，基于 Keldysh 形式体系和 WKB 近似进行的。我们证明，自旋/电荷电流和自旋转移力矩都可以仅通过三个不可约量显式表达，无需进一步近似。展示并讨论了自旋电流和力矩偏离传统正弦角依赖性的条件和机制。在厚势垒近似下，证明了所有隧穿输运量都可以通过 Slonczewski 自旋极化率、我们的有效自旋平均界面透射概率以及两个界面处的有效面外极化率以极其简化的形式表达。已证明后者在垂直自旋力矩的出现以及所有考虑的自旋和电荷输运的角依赖特性中起关键作用。还直接证明了对于任何施加电压，FM/I 界面处的自旋电流平行分量可以通过共线纵向自旋电流分量来表达。最后，从自旋输运的横向特征长度尺度的角度分析了自旋转移力矩行为。