[논문 리뷰] Spin orbit torque in disordered antiferromagnets

Hamed Ben Mohamed Saidaoui, Aurélien Manchon|arXiv (Cornell University)|2016. 06. 14.

Magnetic properties of thin films인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 라슈바 스핀-오비트 결합을 갖는 불순물이 있는 반자성체 시스템에서 선형 반응 이론과 비평형 그린 함수를 사용하여 스핀-오비트 토크를 조사한다. 두 격자 모형을 기반으로 하며, 상대적으로 불순물에 의해 영향을 받지 않는 강건한 토크를 생성하는 상대적 전이 상태 기여가 반자성 스핀 순서 매개변수에 효과적인 토크를 제공함을 보여준다. 이는 반자성 스핀밸브와는 달리 불순물에 대해 강건한 토크를 유지함을 의미하며, 표면에서의 스핀-오비트 결합이 반자성체의 전기적 제어를 위한 실현 가능한 길임을 시사한다.

ABSTRACT

We investigate the current-induced spin-orbit torque in antiferromangnetic materials in the presence of Rashba spin orbit coupling using both the linear response theory and the non-equilibrium Green's function technique implemented on a tight-binding model. We show that a staggered spin density arises from interband contributions. The effect of the disorder is restricted to the diminution of the torque magnitude and does not bring any anomalous behavior to the dependences of the torque on the spin orbit strength and the exchange interaction between the antiferromagnetic local moments and the itinerant electrons spins. We prove that the spin orbit torque is robust against the application of the disorder compared to the case of the antiferromagnetic spin-valve spin transfer torque.

연구 동기 및 목표

• 라슈바 스핀-오비트 결합을 갖는 반자성체 시스템에서 불순물 존재 하에 스핀-오비트 토크의 강건성에 대해 조사한다.
• 스티거드 스핀 밀도 및 토크 생성에 있어 상대적 전이와 내부 밴드 기여의 역할을 명확히 한다.
• 반자성체에서의 스핀-오비트 토크의 불순물 민감도를 반자성 스핀밸브의 스핀-전달 토크와 비교한다.
• 불순물 상태에서 스핀-오비트 강도와 교환 상호작용의 토크에 대한 의존성을 평가한다.

제안 방법

• 두 차원 전자 기체 모형에서 반자성 질서를 갖는 타이트 본드 모형 내에서 선형 반응 이론과 비평형 그린 함수 기법을 사용한다.
• 강도 α를 갖는 라슈바 스핀-오비트 결합 항을 사용하여 스핀-오비트 토크 성분(내부 및 외부 평면)을 계산한다.
• 폭 넓이 파rameter Γ = 1 eV를 사용한 자기에너지 접근법을 통해 불순물을 도입하며, 이는 약 20개의 원자 격자 사이의 평균 자유 경로에 해당한다.
• 스핀-오비트 강도 α와 교환 상호작용 J_ex에 따라 토크를 수치적으로 계산하기 위해 수치 시뮬레이션을 수행한다.
• 불순물 영향 평가를 위해 토크 값을 비불순물 상태(탄성 상태)의 극한에 대해 정규화한다.
• 스핀-오비트 토크 효율의 상대적 강건성을 평가하기 위해 페로자성 라슈바 시스템과 결과를 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 불순물이 라슈바 스핀-오비트 결합을 갖는 반자성체 시스템에서 스핀-오비트 토크의 크기와 기능적 의존성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 상대적 전이와 내부 밴드 과정 중 어느 것이 스티거드 스핀 밀도 및 토크 생성에 더 큰 기여를 하는가?
• RQ3 반자성체에서의 스핀-오비트 토크는 반자성 스핀밸브의 것과 비교해 불순물에 대한 내성에서 어떻게 다를까?
• RQ4 불순물 존재 하에서 스핀-오비트 강도 α와 교환 상호작용 J_ex에 따른 토크의 정량적 의존성은 어떠한가?
• RQ5 불순물 조건 하에서 반자성체 시스템이 페로자성 라슈바 시스템보다 토크 효율(단위 전도도당 토크)이 더 강건한가?

주요 결과

• 상대적 전이 기여는 반자성 스핀 순서 매개변수에 효과적인 토크를 제공하는 스티거드 스핀 밀도를 생성하지만, 내부 밴드 기여는 낮은 내부 평면 토크만 생성한다.
• 외부 평면(OP) 토크 성분은 스핀-오비트 강도 α에 따라 비선형적으로 증가하며, 약 α = 0.3 eV·a에서 최대에 도달한 후 감소한다.
• 강한 불순물 조건(Γ = 1 eV)에서 토크 크기는 비불순물 상태의 약 25%로 감소하여 심각한 파손은 아니지만 상당한 열화가 있음을 시사한다.
• 토크 효율(토크/전도도)은 반자성체 시스템에서 페로자성 라슈바 시스템보다 불순물에 덜 민감하다.
• 교환 상호작용 J_ex에 따른 토크 의존성은 비단조화적인 경향을 보이며, 약 1.25 eV까지 증가하다가 감소하며, 이는 밴드 갭 형성과 전도도 감소와 일치한다.
• 스핀-오비트 토크는 반자성 스핀밸브의 스핀-전달 토크와 달리 불순물에 대해 강건하다.