スピンポンピング

スピンポンピングとは、磁気モーメントのコヒーレント歳差運動によって純粋なスピン流を動的に生成する現象であり、磁性材料から隣接する非磁性材料へスピンを効率的に注入することができます。非磁性材料は通常、スピンホール効果を有し、注入されたスピン流を検出しやすい電荷電圧に変換することができます。スピンポンピング実験では通常、磁気共鳴を誘起するために電磁波照射が必要です。磁気共鳴は、エネルギーと角運動量を電磁波（通常はマイクロ波）から磁気力学に変換し、さらに電子に変換することで、電磁波の電子的検出を可能にします。スピンポンピングのデバイス動作は、スピントロニクスにおける電池のアナログと見なすことができます。^[¹^]

スピンポンピングには AC 効果と DC 効果が関係します。

AC 効果により、マイクロ波源と同じ周波数で振動するスピン電流が生成されます。
DC 効果には磁気ダイナミクスが円偏光または楕円偏光していることが必要ですが、線形振動は AC 成分しか生成できません。
両方の効果により、実効磁気減衰が全体的に強化される。^{[ 2 ]}

強磁性体におけるスピンポンピング

歳差磁気モーメントによって隣接層に注入されるスピン流は^{[ 2 ]で与えられる。}

{\vec {j}}_{s}={\hbar \over {4\pi}}g^{\uparrow \downarrow }{1 \over M_{S}^{2}}\langle {\vec {M}}(t)\times {{d{\vec {M}}(t))} \over {dt}}\rangle

ここで、はスピン流（ベクトルはスピンの向きを示し、電流の方向を示しません）、はインターフェースのスピン透明性を特徴付けるスピン混合コンダクタンス、は飽和磁化、は時間に依存するモーメントの向きです。 ${\vec {j}}_{s}$ $g^{\uparrow \downarrow }$ $M_{S}$ ${\vec {M}}(t)$

光学的、マイクロ波的、電気的方法も研究されている。^{[ 3 ]}これらのデバイスは、スピントロニクスデバイスにおける低電力データ伝送^{[ 4 ]}や絶縁体を介して電気信号を伝送するために使用できる可能性がある。^{[ 5 ]}

反強磁性体におけるスピンポンピング

反強磁性材料におけるスピンポンピングは、反平行磁気モーメントがスピン流に破壊的ではなく建設的に寄与するため、消失しないことが理論的に予測されており、2014年に^{[ 6 ]}反強磁性共鳴の周波数^{[ 7 ]}は強磁性共鳴の周波数よりもはるかに高いため、反強磁性体のスピンポンピングはサブテラヘルツおよびテラヘルツ領域の電磁信号の研究に利用でき、2020年には2つの独立した実験によって実証されました。^{[ 8 ]}^{[ 9 ]}

反強磁性体におけるスピンポンピングは、高周波数であることに加え、強磁性体には存在しない磁気ダイナミクスのカイラリティ自由度を特徴とする。例えば、左手系と右手系の共鳴モードによってポンピングされるスピン流は、方向が逆である。

参考文献

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スピンポンピング

強磁性体におけるスピンポンピング

反強磁性体におけるスピンポンピング

参考文献

関連項目