拓扑绝缘体/铁磁异质结构中自旋转移矩的建模与仿真
材料科学
2015-07-31 v2 介观与纳米尺度物理
摘要
拓扑绝缘体（TI）由于其强自旋轨道耦合，最近成为有望应用于自旋电子电路的引人注目的候选材料。TIs 是具有绝缘体态但具有导电表面态的独特材料，后者源于能带反转且受时间反演对称性保护。在本文中，我们提出了一种基于物理的自旋动力学仿真框架，用于 TI/铁磁体（TI/FM）双层异质结构，能够在计算电子和自旋输运性质的同时捕捉 TI 的电子能带结构。我们的模型不同于文献中提出的 TI/FM 模型，因为它能够考虑 TIs 的三维能带结构以及交换耦合和外磁场对能带结构的影响。我们提出的方法使用 TIs 的二维表面哈密顿量，其中包含自旋输运计算所需的所有特征，以适当建模 TI/FM 异质结构的特性。利用该哈密顿量和适当参数，我们表明，与三维 TI 的量子阱能带图相比，计算得到的表面能带结构成功捕捉了量子限制和交换耦合效应，并且与文献报道的实验数据吻合良好。然后我们展示如何将这一校准的哈密顿量与自洽非平衡格林函数（NEGF）形式体系结合使用，以确定 TI/FM 双层异质结构中的电荷和自旋输运。我们的计算与实验数据吻合良好，并捕捉了 TI/FM 异质结构的独特特征，如高自旋霍尔角、高自旋电导率等。最后，我们展示如何将 NEGF 计算结果纳入 Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski (LLGS) 公式，以模拟位于 TI 之上的 FM 层的磁化动力学。
引用
@article{arxiv.1506.07932,
title = {Modeling and Simulation of Spin Transfer Torque Generated at Topological Insulator/Ferromagnetic Heterostructure},
author = {Ahmed K. Reza and Xuanyao Fong and Zubair Al Azim and Kaushik Roy},
journal= {arXiv preprint arXiv:1506.07932},
year = {2015}
}
备注
Submitted to Journal of Applied Physics