Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用与自旋轨道力矩的 Berry 相位理论
材料科学
2014-02-21 v1
摘要
近期关于手性磁体中电流诱导畴壁运动的实验表明，自旋轨道力矩 (SOTs) 和 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用 (DMI) 均做出了重要贡献。我们推导了 DMI 的 Berry 相位表达式，并表明在此 Berry 相位理论框架下，DMI 与 SOTs 密切相关，其形式类似于轨道磁化 (OM) 与反常霍尔效应 (AHE) 之间的关系。我们引入了\textit{扭转力矩}的概念，它以类似于轨道矩探测波包内部自旋的方式，探测手性磁体中波包的内部扭转。我们提议将 DMI 的 Berry 相位理论解释为一种\textit{螺旋化}理论，以类比于现代的 OM 理论。我们表明，扭转力矩与螺旋化共同产生了一个 Berry 相位，该相位支配了 SOT 对温度梯度的响应，这类似于本征反常 Nernst 效应。DMI 的 Berry 相位理论在计算上非常高效，因为它仅需共线磁系统的电子结构作为输入。作为该形式体系的应用，我们计算了 Pt/Co、Pt/Co/O 和 Pt/Co/Al 磁性三层膜中的 DMI，并表明在这些系统中 DMI 具有高度各向异性。
引用
@article{arxiv.1308.5983,
title = {Berry phase theory of Dzyaloshinskii-Moriya interaction and spin-orbit torques},
author = {Frank Freimuth and Stefan Blügel and Yuriy Mokrousov},
journal= {arXiv preprint arXiv:1308.5983},
year = {2014}
}