[논문 리뷰] Sensitively Temperature-Dependent Spin Orbit Coupling in SrIrO3 Thin Films

Lunyong Zhang, Y. B. Chen외 5명|viXra|2013. 09. 29.

Advanced Condensed Matter Physics인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 약한 반국소화 측정을 통해 스트라운티움 이리디움 산화물(SrIrO3) 얇은 필름에서 강한 온도 의존성 스핀 궤도 결합을 규명하였으며, 라슈바 계수는 1 켈빈당 30%-45% 증가한다—기존 반도체보다 100배 이상 높은 비율이다. 이 현상은 효과적인 랑데 g 인자에 의한 온도에 따른 변화에서 기인하며, 조절 가능한 스핀트로닉스 장치의 잠재적 응용 가능성을 시사한다.

ABSTRACT

Spin orbit coupling plays a non-perturbation effect in many recently developed novel fields including topological insulators and spin-orbit assistant Mott insulators. In this paper, strongly temperature-dependent spin orbit coupling, revealed by weak anti-localization, is observed at low temperature in 5d strongly correlated compound, SrIrO3. As the temperature rising, increase rate of Rashba coefficient is nearly 30%-45%/K. The increase is nearly 100 times over that observed in semiconductor heterostructures. Microscopically, the large increase of Rashba coefficient is attributed to the significant evolution of effective Landé g factor on temperature, whose mechanism is discussed. Sensitively temperature-dependent spin orbit coupling in SrIrO3 might be applied in spintronic devices

연구 동기 및 목표

• 5d 전이 금속 산화물인 SrIrO3 얇은 필름에서 스핀 궤도 결합의 온도 의존성을 조사하기 위해.
• 상호작용 전자 시스템에서 극적으로 강화된 스핀 궤도 결합의 미세 구조적 기원을 이해하기 위해.
• 온도 민감성 스핀 궤도 결합이 스핀트로닉스 장치 설계에 끼치는 영향을 탐색하기 위해.
• SrIrO3에서 온도에 따른 라슈바 계수의 변화를 측정하고 정량화하기 위해.
• 관측된 스핀 궤도 결합의 온도 의존성과 효과적인 랑데 g 인자의 변화를 연관시키기 위해.

제안 방법

• SrIrO3 얇은 필름에서 스핀 궤도 결합을 탐사하기 위해 약한 반국소화(WAL) 전도도 측정을 수행하기 위해.
• 자기장과 온도에 따른 전기저항을 측정하여 스핀 궤도 결합 매개변수를 추출하기 위해.
• WAL 효과의 온도 의존성을 분석하여 라슈바 스핀 궤도 결합 계수를 결정하기 위해.
• 히카미-라킨-나가오카(Hikami-Larkin-Nagaoka, HLN) 모델을 사용하여 전기저항 데이터를 피팅하고 스핀 궤도 산란률을 추출하기 위해.
• 관측된 라슈바 계수의 증가와 온도에 따른 효과적인 랑데 g 인자의 변화를 연관시키기 위해.
• SrIrO3에서의 스핀 궤도 결합의 온도 민감성과 기존 반도체 이종구조에서의 특성을 비교하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SrIrO3 얇은 필름에서 스핀 궤도 결합은 온도에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 기존 반도체와 비교할 때 SrIrO3에서의 라슈바 계수의 크기와 온도 의존성은 어떠한가?
• RQ3 이 5d 상호작용 전자 시스템에서 스핀 궤도 결합의 강한 온도 의존성의 미세 기작은 무엇인가?
• RQ4 효과적인 랑데 g 인자는 온도에 따라 어떻게 변화하며, 스핀 궤도 결합 조절에 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 관측된 스핀 궤도 결합의 온도 민감성은 조절 가능한 스핀트로닉스 장치에 활용될 수 있는가?

주요 결과

• SrIrO3 얇은 필름에서 라슈바 스핀 궤도 결합 계수는 온도가 상승함에 따라 매 켈빈당 30%에서 45% 증가한다.
• 이 온도 의존성은 기존 반도체 이종구조에서 관측된 것과 비교해 약 100배 더 강하다.
• 라슈바 계수의 증가는 효과적인 랑데 g 인자의 상당한 온도 의존성 변화에서 기인한다.
• 약한 반국소화 측정은 온도에 매우 민감한 강한 스핀 궤도 결합 존재를 확인한다.
• 결과는 5d 상호작용 산화물에서 새로운 강한 온도 조절 가능한 스핀 궤도 결합 메커니즘이 있음을 보여준다.
• 이러한 발견은 SrIrO3를 사용하여 전기적 또는 열적으로 조절 가능한 스핀 성질을 갖는 스핀트로닉스 장치 설계 가능성을 시사한다.