基于含时量子输运与原子级自旋动力学理论的磁子驱动手性电荷与自旋泵浦及电子-磁子散射
介观与纳米尺度物理
2020-06-08 v2 斑图形成与孤子
摘要
利用新开发的量子-经典混合框架，我们研究了自旋极化传导电子与金属铁磁纳米线内相干激发的单个自旋波（SW）之间的相互作用。当承载SW的纳米线连接两个正常金属（NM）引线且两者之间无直流偏压时，SW向引线中泵浦手性电子电荷与自旋电流——其方向取决于SW传播方向，并与进动频率呈线性比例关系。这与以下情形形成对比：均匀进动模式的标准泵浦在两侧引出相同自旋电流且无伴随电荷电流；或实验观测到的[C. Ciccarelli et al., Nat. Nanotech. 10, 50 (2014); M. Evelt et al., Phys. Rev. B 95, 024408 (2017)]磁子电荷泵浦需要自旋轨道耦合。我们预测背后的机制是非绝热性，源于时间延迟效应——局域磁矩的运动以延迟方式影响传导电子自旋，因此电子自旋需要有限时间才能对经典矢量的运动作出反应。当从左NM引线注入直流自旋极化电荷电流时，电子与SW相互作用，由于SW产生的时间依赖势的散射以及与被SW自身泵浦电流的叠加，流入右NM引线的电荷与自旋电流发生改变。利用洛伦兹电压脉冲从费米海中激发leviton（其携带单电子电荷且无伴随电子-空穴对，表现为类孤子准粒子），我们描述了单电子如何与单个SW相互作用。
引用
@article{arxiv.1912.09452,
title = {Magnon-driven chiral charge and spin pumping and electron-magnon scattering from time-dependent quantum transport combined with atomistic spin dynamics theory},
author = {Abhin Suresh and Utkarsh Bajpai and Branislav K. Nikolic},
journal= {arXiv preprint arXiv:1912.09452},
year = {2020}
}
备注
9 pages, 7 figures; revised version includes 2 new figures