作者:英格丽德·法德利
（同organic）有机 信用:古普塔等人
特温特大学和北京师范大学的研究人员最近进行了一项研究，采用理论和计算相结合的方法，调查了各种不同界面的自旋记忆损失(SML)参数
他们发表在《物理评论快报》上的论文提供了有价值的新见解，可以为更高效的界面设计提供信息
“我们研究领域的圣杯是一个100%电子化的磁记忆存储新概念；我
e
潜在的速度更快、密度更大、可靠性更高的硬盘驱动器
g
进行这项研究的研究人员之一保罗·凯利告诉《物理》杂志说:“这种硬盘是基于一个机械旋转的磁盘，在这个磁盘上，数据可以被一个读写头存取，读写头只在快速旋转的硬盘上方几纳米的地方浮动。”
（同organic）有机
“这个新概念是基于一种叫做自旋霍尔效应(SHE)的东西，这种效应在50年前就被理论预测到了，但在2004年首次在半导体中观察到，两年后在金属中观察到
" 除了带电荷，电子还有自旋，这意味着它们可以充当“自旋陀螺”
与这种旋转相关的是磁矩
SHE是相对论效应自旋轨道耦合(SOC)的直接结果，自旋轨道耦合将电子如何旋转(顺时针或逆时针)与它们如何围绕原子移动“耦合”
作为这种效应的结果，当一个电荷流通过一个像铂这样的重金属板时，它会激发一个与电荷流成直角的自旋流
如果铂与铁、镍或坡莫合金等磁性材料接触，那么“自旋电流”就会被驱动到这种邻近的磁性材料中
解释自旋霍尔效应的图
信用:古普塔等人
“在正确的情况下，这个自旋流可以重新定向磁矩指向的方向:向上是‘1’，向下是‘0’；我们有一种新型磁记忆的基础，”凯利解释说
“这是我们进来的地方
" 正如凯利继续解释的那样，当自旋电流从铂丝进入磁性材料时，它通常会退化，这通常发生在两种不同材料的界面上
电流的这种退化，被称为“自旋记忆丧失”(SML)，是许多研究的焦点，包括凯利的团队进行的一项研究，但目前对此知之甚少
凯利说:“目前对SML的了解是从低温实验中收集的，而99%的兴趣是在室温下发生的事情，室温对于许多应用来说都很重要。”
“我们的研究已经调整到能够研究这样的属性
" 凯利和他的同事进行这项研究的主要目的是研究SML及其在不同界面和有限温度下的行为(在有限温度下，温度引起的原子振动和磁矩波动是不可避免的)
研究人员专注于四种材料的组合，这些材料通常用于开发完全电子化的磁记忆存储
将完全极化的自旋电流注入到金/铂双层中，该双层具有尖锐的界面(垂直黑线)、两层Au50Pt50界面(黄色阴影区域)和在它们之间的四层Au50Pt50界面(绿色阴影区域)
三种情况下的计算自旋电流分别显示为灰色圆圈、黄色菱形和绿色正方形
蓝色实线表示符合金的VF方程
实线、虚线和红色虚线分别表示金/铂、金/金50Pt50(2)铂和金/金50Pt50(4)jPt的伏安曲线方程
(插图)混合Au50Pt50的N 0、2和4界面层的δ vs ARI
信用:古普塔等人
在过去的20年里，凯利和他的同事已经开发出了计算机代码，可以用来研究电子和自旋的传输
e
自旋运输)
这些代码是基于以一种叫做“散射理论”的形式求解量子力学的“薛定谔方程”，这意味着电子的行为是以物质波的形式出现的
凯利说:“开发这些代码的两个重要步骤是纳入相对论效应，即以温度诱导晶格和自旋无序形式存在的荷电状态和温度。”
“随着材料温度的升高，组成材料的原子振动越来越大；这被称为晶格无序
如果这种材料是铁磁性的，那么原子上的磁矩就会旋转离开它们原来均匀的方向
" 作为研究界面自旋输运的代码开发的最后一步，凯利和他的同事利用他们的量子力学“散射”计算结果来计算实验学家观察到的电荷和自旋流
这一过程最终使他们能够研究界面处的SHE，以及自旋电流从一种材料传递到另一种材料时的退化(即
e
，SML)
“我们的研究与其他研究团队进行的研究之间的主要区别在于，我们很久以前就将接口确定为一个关键目标，并将我们的代码开发重点放在能够研究大小非常不同的材料之间的接口(即
e
晶格常数)
”凯利说
“这涉及到广泛使用‘稀疏矩阵方法’，以便能够处理由真实描述接口而产生的巨大数值阵列
" 空心圆:通过铂皮铂三层的自旋电流为T 300 K
纯蓝色(橙色)曲线适合体积铂(Py)中的VF方程
这些拟合外推至接口zI，以获得右侧插图中详细显示的值js、Pt (ZI)和Js、Py (ZI)
(左插图)在铂中有(红色)和没有(蓝色)邻近感应矩的自旋电流
信用:古普塔等人
凯利和他的同事是第一个通过真实界面研究自旋输运作为温度函数的人
除了引入描述这种输运的参数的数值，他们还收集了关于这些参数在不同界面上如何变化的有价值的见解，以及它们对它们所影响的无序类型的依赖性
特别是，研究人员观察到非磁性界面具有最小的温度依赖性，而含有铁磁体的界面强烈地依赖于温度
他们还发现，对于某些界面，SML更大，尤其是当不同材料之间的通道更突然(例如
g
一氧化碳/铂界面)
最后，凯利和他的同事发现晶格失配和界面合金化可以显著增强SML效应
在未来，他们收集的观察和见解将指导设计与各种可能的应用程序更有效的接口
凯利说:“下一步，我们想直接研究重金属中的氦原子产生的自旋电流注入各种其他非磁性和磁性材料的过程，以便与磁存储器和相关的纳米器件更紧密地接触。”
“我们还将研究新的二维范德瓦尔斯铁磁材料的特性，这些材料可能具有不同的电荷和自旋传输特性，其‘界面’被认为在决定其磁性方面起着关键作用
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
