[論文レビュー] Dephasing Effects by Ferromagnetic Boundary on Resistivity in Disordered Metallic Layer

Gen Tatara, Hidetoshi Fukuyama|arXiv (Cornell University)|Feb 18, 1999

Magnetic properties of thin films被引用数 4

ひとこと要約

この理論的研究では、低温における不純物が混入した金属膜における抵抗率に、強磁性境界が及ぼす影響を調査している。磁性界面はスピン軌道相互作用を通じて電子の位相破壊を引き起こし、反局在効果を抑制することで、磁化が平行であるスイッチング場近くで正の磁気抵抗を引き起こす。

ABSTRACT

The resistivity of disordered metallic layer sandwiched by two ferromagnetic layers at low-temperature is investigated theoretically. It is shown that the magnetic field acting at the interface does not affect the classical Boltzmann resistivity but causes a dephasing among electrons in the presence of the spin-orbit interaction, suppressing the anti-localization due to the spin-orbit interaction. The dephasing turns out to be stronger in the case where the magnetization of the two layers is parallel, contributing to a positive magnetoresistance close to a switching field at low temperature.

研究の動機と目的

• 低温における不純物金属膜内の電子輸送に、強磁性界面が及ぼす影響を理解すること。
• スピン軌道結合が存在する中で、界面磁場が電子の位相破壊に与える影響を検討すること。
• 磁化配向（平行対比反平行）が量子干渉効果をどのように変化させるかを分析すること。
• このようなヘテロ構造のスイッチング場近くにおける磁気抵抗の起源と大きさを特定すること。

提案手法

• 2つの強磁性層に挟まれた不純物金属膜を含む3層系を対象とした、量子輸送形式を用いた理論的モデリングによる電子輸送の解析。
• 量子干渉と位相破壊の主要メカニズムとしてスピン軌道相互作用を組み込む。
• 古典的抵抗率を記述するボルツマン輸送方程式を用い、量子干渉効果の補正を加える。
• 特にスピン軌道結合が存在する状況での、界面磁場に起因する位相破壊の分析。
• スイッチング場近くにおける異なる磁化配置（平行および反平行）における抵抗率の挙動の比較。
• 位相破壊による反局在効果の抑制を評価し、正の磁気抵抗に至るメカニズムを解明する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 強磁性界面における磁場が、不純物金属膜内の電子の位相破壊にどのように影響するか？
• RQ2 スピン軌道相互作用が、この系における位相破壊と反局在効果をどのように媒介するか？
• RQ3 磁化が平行である場合にスイッチング場近くで正の磁気抵抗が現れる理由は何か？
• RQ4 界面磁場が、抵抗率の古典的寄与と量子的寄与にどのように影響を与えるか？
• RQ5 強磁性層の相対的配向に応じて、位相破壊の強度はどのように変化するか？

主な発見

• 界面磁場は古典的ボルツマン抵抗率に影響を及ぼさないが、電子間の位相破壊を引き起こす。
• 位相破壊はスピン軌道相互作用に起因し、反局在と呼ばれる量子干渉効果を抑制する。
• 2つの強磁性層の磁化が平行に整列している場合、位相破壊がより強くなる。
• この強化された位相破壊により、低温におけるスイッチング場近くで顕著な正の磁気抵抗が観測される。
• 位相破壊による反局在効果の抑制が、観察された正の磁気抵抗の主なメカニズムである。
• 量子干渉が輸送を支配する低温領域において、この効果が最も顕著に現れる。