Spin swapping

정의상 가정	스핀 홀 효과(spin hall effect, SHE)_Anomalous Hall effect(AHE), ISHE 스핀 필터(spin filter)_spin filtering, spin dephasing
내용상 가정
공식
단위
응용

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FerroMagnet물질과 Normal Metal 물질이 Bilayer로 쌓인 구조에서도 Spin current는 Spin Hall effect라는 효과, Spin Galvanic 효과와 Spin swapping이라는 효과로 거동하게 됩니다.

Spin Hall effect는 이전 스핀 홀 효과(spin hall effect, SHE)_Anomalous Hall effect(AHE), ISHE라는 포스팅에서 깊게 다루었고 Spin Galvanic 효과도 inverse spin galvanic effect에서 잠깐 다루었습니다.

이제 그 나머지인 Spin swapping을 다루겠습니다.

spin swapping은 아직 잘 밝혀지지 않았고 상용화 되지 않은 효과 이기 때문에 조심스럽게 다루겠습니다.(언제나 바뀌어도 이상하지 않을 이론이기 때문에...)

기본적인 개념은 Spin Hall effect에선 spin current가 charge current를 유도한다는 것인데, Spin swapping이라는 현상이 spin current가 수직한 spin의 spin current를 유도한다는 내용입니다. 더 정확히는 spin current의 spin 방향과 flow방향을 서로 바꿔 spin current를 유도한다는 것입니다.

Spin Hall effect와 가장 큰 차이는 Normal Metal의 두께가 d라 할때 spin hall effect는 물질의 mean free path λ보다 d가 월등히 큰 d>>λ 인 diffusive에서 잘 보이고 spin swapping은 그 반대 상태인 Knudsen regime인 d<λ인 상황에서 잘 보이는 것이라 합니다. 본래 diffusive에서는Ferromagnet으로 spin이 주입될때 spin에 작용하는 힘들이, spin hall effect는 damping like torque, spin galvanic effect는 field like torque이라 하였는데, spin swapping은 이 영역에서 field like torque로 발생한다고 합니다.(다시말해 spin galvanic effect가 약해져야하는 상황에서 field like torque가 존재...) 이제 자세히 다뤄보겠습니다.

 

Swapping은 어원 그대로 "바꿔치기, 교환"이라는 의미입니다. 다시말해 스핀 전류에서 스핀방향이 쏵 바껴지는 현상을 말합니다. 

엄청 특이한 물리적인 이유가 있는 것이아닌, 단지 전자가 물질을 통과하며 scattering할때 spin orbit interaction으로 scattering을하는데 spin rotation과 scattering angle이 상호작용하여 발생하는 메커니즘이라 합니다.

 

그럼 spin rotation은 뭐고 scattering angle은 무엇이며, 이들이 상호작용은 도데체 또 무엇인지 살펴보겠습니다.

추후 더 정확한 물리적 설명과 공식을 추가하겠습니다.

읽어주셔서 감사합니다!