[핵심] spin torque : field like torque VS damping like torque

자화의 운동방정식(Landau-Lifshitz-Gilbert, LLG)_스핀 감쇠(spin damping)_ spin dynamics	&	spin-transfer torque (STT) spin orbit torque(SOT) 라쉬바 효과 (Rashba effect)_Shubnikov-de Haas oscillation (SdH oscillation)

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Spintronics는 Spin current와 Spin torque이 핵심입니다.

 

사실 Spin current를 다루다 보면 결국 spin torque에 대해 논하게 됩니다.

도대체 spin torque가 뭘까요?

 

spin torque는 단순히 Ferromanget의 spin에 작용하는 힘입니다.

 

spin에 작용하는 힘의 원인은 spin이 자성이라 한다면 외부 자기장이라 생각할 수 있습니다.

즉 외부에서 가해지는 힘의 source를 외부 자기장으로 치환하여 취급하면 더 익숙하고 편리하게 이 문제를 바라볼 수 있습니다.

이 가상의 외부자기장을 effective field라 하고 Heff라 표시합니다.(사실 정말 자기장인지는 모르므로, Effective Field라는 단어를 사용하는 것을 싫어하는 학자들도 있습니다.)

 

따라서 이러한 effective field가 있다면, spin은 이 field에 align하도록 힘을 받게 되고 field를 향하도록 회전 torque를 받습니다.

 

따라서 항상 

입니다.

 

예를들어 spin hall effect로 인한 torque이라면, effective field가

입니다.

다른것들도 effective field만 알면 torque은 다음과 같습니다.

 

이제 torque의 방향 별로 명칭을 붙이면 좋을텐데 가장 단순한 방법은 기존의 자화의 운동방정식인 자화의 운동방정식에서 방향이 같은것에 like(비슷한)을 붙이면 됩니다. 다시말해 m이 두번 cross된것은 damping과 방향이 같으니 damping like torque라 하고 한번된것은 field와 방향이 같으니 field like torque라 합니다.

 

마지막으로 움직이는 전자가 물질의 자성을 변화시키는것이므로 s(condcution orbital)-d(magnetization) exchange interaction이라 볼 수있고 electic current의 angularmoment와 lattice의 angular moment의 교환이라고도 볼 수 있습니다

 

이 Torque의 발생원인에는 다양한 이유가 있는데, 

Spin Torque : Spin orbit coupling에 의해 Heavy Metal에서 생성된 스핀 전류가 Ferromagnet에 주입되며 생기는 Spin torque와 

Interfacial Torque : Spin orbit Scattering에 의해 Non magnet과 Ferromagnet사이에서 발생하는 Torque와

Orbital Torque : Non magnet에서 Orbital이 Ferromagnet에 주입하며 Orbital성분이 Spin으로 변환되는 Torque와

Anomalous Torque: Ferromagnet자체에서 Filtering과 같은 원리로 생성하는 Torque가 있습니다.