界面 Rashba 或体外禀自旋-轨道耦合作用下磁性与半磁性隧道结中的磁化动力学电荷泵浦
介观与纳米尺度物理
2014-12-08 v2
摘要
我们发展了时间依赖的非平衡格林函数（NEGF）方法，用于研究 F/I/F 磁性隧道结（MTJ）或 F/I/N 半磁性隧道结（semi-MTJ）中，一个铁磁层内进动磁化产生的自旋泵浦问题，其中存在 F/I 界面本征 Rashba 自旋-轨道耦合（SOC）或有限厚度 F 层体中的外禀 SOC（F-铁磁体；N-正常金属；I-绝缘势垒）。为表达时间平均的泵浦电荷电流，或开路中对应的直流电压信号——该信号已在近期半磁性隧道结实验中被测量[T. Moriyama 等, Phys. Rev. Lett. 100, 067602 (2008)]——我们构建了双时间傅里叶变换 NEGF 的一种新颖解。在此表示中，NEGF 的两个能量变量通过描述多光子发射与吸收过程的 Floquet 定理相联系。在此传导电子的全量子力学处理框架下，我们发现：（i）仅在存在界面 Rashba SOC 时，F/I/N 半磁性隧道结中的非零直流泵浦电压才能在绝热层面（即正比于微波频率）出现；（ii）该电荷泵浦现象的一个独特标志——若 Rashba SOC 不位于进动 F 层内则会消失——是作为进动锥角函数改变符号的直流泵浦电压；（iii）与无 SOC 时标准自旋泵浦不同——后者仅需一个发射或吸收的微波光子即可匹配随磁化旋转的精确解，Rashba SOC 的存在要求考虑多达十个光子才能达到泵浦电荷电流的渐近值；（iv）F/I/F 磁性隧道结中的无序可以在准弹道输运区增强直流泵浦电压；……
引用
@article{arxiv.1110.6781,
title = {Charge pumping by magnetization dynamics in magnetic and semi-magnetic tunnel junctions with interfacial Rashba or bulk extrinsic spin-orbit couplings},
author = {Farzad Mahfouzi and Jaroslav Fabian and Naoto Nagaosa and Branislav K. Nikolic},
journal= {arXiv preprint arXiv:1110.6781},
year = {2014}
}
备注
16 pages, 9 figures, PDFLaTeX; improved Fig. 4 and references added