基于 Mn$_3$Ga 的铁磁隧道结中自旋转移矩的第一性原理研究
介观与纳米尺度物理
2022-01-10 v2
摘要
我们报道了基于铁磁性四方 MnGa 电极的外延磁隧道结（MTJs）中自旋转移矩（STT）的第一性原理计算，既作为 Fe/MgO 堆叠中的分析器，也作为以第二个 MnGa 电极（代替 Fe）为极化器的类似堆叠。通过在延伸至 MnGa 电极内超过 7.6 nm 的散射区求解非平衡自旋密度的弹道输运问题（NEGF + DFT），我们发现 STT 的长程空间振荡以几十埃的长度尺度衰减，无论是在线性响应区还是在有限偏压下。MnGa 中 STT 的振荡行为对堆叠几何和应用偏压的变化具有鲁棒性，这可能影响空间振荡的相位和振幅，但波数仅对 MnGa 纵向晶格常数的变化（固定面内几何）有响应，且与晶格不相称。我们对长程 STT 振荡的解释基于 MnGa 的体电子结构，并考虑了 MgO 势垒的自旋过滤性质。与全 MnGa 基堆叠的比较显示出类似的 STT 振荡，但由于具有更薄势垒（三个单原子层）的镜像对称结中的共振隧穿，费米能级处的 TMR 效应和界面处的 STT 均显著增强。根据计算的 0 V 下自旋极化透射的能量依赖关系，我们预期 Fe 基和全 MnGa 堆叠分别作为外加偏压函数的不对称或对称 TMR，且两者均在 1 V 以下出现符号变化。在后者（对称）情况下，我们预期在零偏压处出现 TMR 峰，且对于更薄的势垒由于自旋极化共振隧穿贡献而更大。
引用
@article{arxiv.2009.14095,
title = {Spin transfer torque in Mn$_3$Ga-based ferrimagnetic tunnel junctions from first principles},
author = {Maria Stamenova and Plamen Stamenov and Farzad Mahfouzi and Quilong Sun and Nicholas Kioussis and Stefano Sanvito},
journal= {arXiv preprint arXiv:2009.14095},
year = {2022}
}
备注
15 pages and 15 figures