Spin pumping

요약

Spin Transfer torque의 반대 개념이고 실제 소자에서 Damping을 증가시키는것으로 TMR을 감소시키는 큰 원인입니다.

정의상 가정	spin-transfer torque (STT) 스핀 전류(spin current)_spin polarized current(스핀 분극 전류), two current model(이중 전류 모델), Ballistic spin transport, Diffusive spin transport
내용상 가정
공식
단위
응용

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Spin pumping이란 뭔가 영어 단어를 해석해도 Spin이 무엇인가를 pumping 즉 끄집어 낸다는 느낌이 듭니다.

결론부터 언급하자면 spin이 charge current를 pumping합니다.

이 이론을 이해하기 위해서는 spin-transfer torque (STT)를 보는것이 가장 좋습니다. STT를 간단하게 설명하자면 Spin current가 주입되어 spin의 magnetic moment가 변화하는 것입니다. 다시말해

입니다. spin pumping은 정확히 이 반대입니다. 즉 spin의 magnetic moment가 변화하는 것이 spin current를 발생시킨다는 것입니다. 즉

입니다. 이렇게 기존의 원리를 반대로 하는 것은 스핀 홀 효과(spin hall effect, SHE)_Anomalous Hall effect(AHE), ISHE에도 있었습니다. 바로 inverse spin hall effect인데요. 기존 spin hall effect가 charge current를 spin current로 바꾼다고 할때, inverse spin hall effect는 spin current가 charge current가 되는 것입니다.

 

이 spin pumping이 하나로 정립된 개념이 아닌 그저 STT의 반대 개념으로 쓰이고 있지만, 순수한 spin pumping은 다음 그림과 같이 charge current가 없이 magnon으로 만으로도 spin current를 발생시킬 수 있어야합니다.

그러나 보통은 이 spin current가 magnetic moment의 변화로 charge current와 동반하여 나타난다고 보고있습니다.

 

따라서 실제 제작되는 스핀트로닉스 소자에서는 높은 TMR(스핀 의존 터널링(spin dependent tunneling, SDT) _spin polarization_tunneling spin polarization,TSP)을 높은 상태로 유지시키기 위해 tunneling 후 변화하는 magnetic moment에 의한 spin current를 방지하기 위해 얇은 insulator를 놓어 막습니다. 그러나 pure한 관점에서 볼때는 모순된 방법이긴 합니다.

 

추후 더 정확한 물리적 설명과 공식을 추가하겠습니다.

읽어주셔서 감사합니다!