Interfacial Magnetic Properties(계면 자기 성질)

가정	라쉬바 효과 (Rashba effect)_Shubnikov-de Haas oscillation (SdH oscillation) 스핀궤도결합(spin orbit coupling) Ferroelectricity (강유전체)
요약
응용

 

↑파란 박스의 글자를 클릭하시면 가정과 응용으로 넘어 가실 수 있습니다!!

 

서로 다른 두 물질을 붙이게 되면, 붙인 계면에서 여러 신기한 현상들이 나타납니다.

이 계면에서는 무슨일이 일어날까요?

 

가장 쉽게 생각하면 물질 내부 원자가 연결되어있는 거리가 달라 원자들끼리 결합이 바뀝니다. 

비슷한 내용으로 물질이 가지고 있는 Band 구조가 다르기 때문에 서로의 Band 구조에 영향을 주게 됩니다.

이에서 조금더 깊이 들어간다면 스핀궤도결합(spin orbit coupling) 에 의해 electron energy band가 분리되고 이는 inversion symmetry를 발생시킵니다.(Inversion symmetry는 DMI (Dzyaloshinskii-Moriya interaction)에서 자세히 설명되어있습니다.)

 

다시말해 계면에 gradiant한 전압이 생기게 되고 이들이 전자 spin과 상호작용을 하게 됩니다.

 

이러한 noncentrosymmetric한 형태는 전자의 wave vector(k)에 영향을 주고 spin texture에도 영향을 줍니다.

 

아무 의미없을 것 같은 이런 물리적인 현상을 본  반도체 블로그에서까지 다루는 이유는, 본 현상이 메모리 소자와 논리소자의 기본원리로 이용될 만큼 전기적으로 검출이 잘 되기 때문입니다.

 

정말 공학적으로 간단하게 표현하자면, 이 원리를 이용해 전기장을 인가함에 따라 전자의 spin degrees를 제어할 수 있습니다.

 

2018년도에 나온 Phys. Rev. Lett. 121, 136805에 따르면 이런 현상이 전기장에 의해 spin current도 발생시킬수 있다고 주장합니다.(물론 전기장의 방향이 계면 내부 전기장 방향과 같지는 않습니다.)

강유전체의 유무에 따라 다른 Spin current가 발생한다는게 이 구조의 핵심입니다.

 

이 현상에 또다른 재미있는 물질은 강유전체(Ferroelectricity (강유전체)) 입니다. 이는 PHYSICAL REVIEW B 95, 245141 (2017)에서 주장하는 겁니다.

Spin을 논하는데 자성체가 아닌 유전체를 논하는게 이상하지만, 이 현상에 어쨌든 전기장이 들어가므로, 전기장을 가하는 Polarization이 바뀌는 강유전체를 논하는 것은 어떻게 보면 당연한 일입니다.

즉 강유전체의 polarization이 switching되면, spin texture도 reversal 될수 있는겁니다.

그 중 요즘 가장 핫한 강유전체인 HfO2를 예로 들어보겠습니다.

특히 이 Hf은 heavy한 5d element가 있는데, 이는 높은 spin orbit coupling을 가질 수 있습니다.