反鐵磁自旋輸運(yùn)理論有新進(jìn)展

(資料圖)

記者6月12日從中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院獲悉，該院固體所邵定夫研究員及合作者預(yù)言反鐵磁材料中自旋中性的電流會(huì)攜帶一種特殊的“奈爾自旋流”，并基于此效應(yīng)提出了高性能全電控反鐵磁隧道結(jié)的理論方案。相關(guān)研究成果論文日前發(fā)表于《物理評論快報(bào)》。

反鐵磁材料具有零凈磁矩、零雜散磁場、超快磁動(dòng)力學(xué)響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，有望取代鐵磁材料，成為高密度、低功耗、高穩(wěn)定性、超快讀寫的下一代自旋電子學(xué)器件。然而，由于反鐵磁序參量很難通過常規(guī)方法進(jìn)行調(diào)控和探測，制約了反鐵磁自旋電子學(xué)器件的信息讀寫。通過隧道磁阻和自旋轉(zhuǎn)移力矩進(jìn)行電學(xué)讀寫的反鐵磁隧道結(jié)，是反鐵磁自旋電子學(xué)理想的器件方案，但由于反鐵磁材料只有自旋簡并的電子態(tài)密度，通常只能支持自旋中性的電流，很難通過傳統(tǒng)機(jī)制實(shí)現(xiàn)用于信息讀寫的隧道磁阻效應(yīng)和自旋轉(zhuǎn)移力矩效應(yīng)。

在前期工作基礎(chǔ)上，研究人員進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，如果共線性反鐵磁材料中相同子晶格內(nèi)的磁性原子具有較強(qiáng)耦合，就可將這類反鐵磁材料近似地看成是由兩個(gè)反平行的鐵磁子晶格構(gòu)成的“并聯(lián)電路”?；谶@一簡單而直觀的物理圖像，研究人員預(yù)言，這類反鐵磁材料中相反的鐵磁子晶格會(huì)分別對流經(jīng)其內(nèi)部的電流進(jìn)行極化，從而在整體呈自旋中性的電流中形成兩支隱藏于子晶格內(nèi)的相反自旋流。這種反鐵磁材料中獨(dú)有的子晶格分辨的自旋流與此前人們熟知的宏觀自旋流完全不同，被命名為“奈爾自旋流”。

該工作預(yù)言的“奈爾自旋流”是一種反鐵磁材料獨(dú)有的輸運(yùn)性質(zhì)，可以驅(qū)動(dòng)很多新奇的自旋電子學(xué)效應(yīng)，如反鐵磁隧道結(jié)中的隧道磁阻和自旋轉(zhuǎn)移力矩等。研究人員表示，該工作為超快寫入、精確讀取的高性能反鐵磁隧道結(jié)提供了一個(gè)可行的理論框架，有望推動(dòng)具有易于調(diào)控、大開關(guān)比等優(yōu)點(diǎn)的新一代反鐵磁自旋電子學(xué)的發(fā)展。

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