요약본 (Summary):
The paper investigates the nonrelativistic spin current polarization in an altmagnet, focusing on the altermagnetic RuO2 as a representative example. The authors aim to uncover the connection between the Néel vector and the spin current polarization using a technique based on the spin Hall magnetoresistance measurement. They find that the nonrelativistic spin current hosts a polarization very close to the Néel vector, providing evidence for the magnetic origin of the nonrelativistic spin current in altermagnetic RuO2. This work paves a straightforward route to understand unconventional spin currents crucial in spintronics.
이 논문은 대표적인 예로서 Altermagnetic RuO2에 중점을 둔 Altmagnet의 비 종교적 스핀 전류 편광을 조사합니다. 저자는 스핀 홀 자기 저항 측정에 기초한 기술을 사용하여 네일 벡터와 스핀 전류 편광 간의 연결을 밝히는 것을 목표로한다. 그들은 비 종교적 스핀 전류가 네일 벡터에 매우 가까운 편광을 호스팅하여 Altermagnetic RuO2에서 비 종교적 스핀 전류의 자기 기원에 대한 증거를 제공한다는 것을 발견했다. 이 작업은 스피 트로 닉스에서 중요한 스핀 전류를 이해하기위한 간단한 경로를 열어줍니다.
Excerpt from PDF:
Unveiling the nonrelativistic spin current polarization in an altermagnet Chang Pan,1,* Shuai Hu,2,* Fanli Yang,3 Dongchao Yang,1 Weijia Fan,1 Zhong Shi,1 Liqing Pan,3,† Shiming Zhou,1,† Xuepeng Qiu1,† 1 School of Physics Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China 2 Institute of Quantum Materials and Devices, School of Electronic and Information Engineering, Tiangong University, Tianjin, 300387, China. 3 Hubei Engineering Research Center of Weak Magnetic-field Detection, College of Science, China Three Gorges University, Yichang, 443002, China *These authors contribute equally to this work †e-mail: lpan@ctgu.edu.cn, shiming@tongji.edu.cn and xpqiu@tongji.edu.cn Abstract Spin current plays a central role in spintronics for driving exotic spin-dependent phenomena and high-performance device applications. Recently, a magnetic spin Hall effect has been discovered in spin-split antiferromagnets including noncollinear antiferromagnets and altermagnets, allowing the efficient generation of unconventional spin currents even in the absence of spin-orbit coupling. However, although such nonrelativistic spin currents are proposed to have a magnetic origin, the direct connection between the Néel vector and the spin current polarization is still missing. Here, using the altermagnetic RuO2 as a representative example, we unveil the spin current polarization by disentangling the conventional and magnetic spin Hall effects using a technique we developed based on the spin Hall magnetoresistance measurement. The results suggest that the nonrelativistic spin current hosts a polarization very close to the Néel vector. Our work offers unambiguous evidence of the magnetic origin of the nonrelativistic spin current in altermagnetic RuO2, and paves a straightforward route to understand the unconventional spin currents that are crucial in spintronics. Spintronics exploits the spin degree of freedoms in electronic devices for information processing and storage [1]. The magnetic order parameters of magnetic materials serve as the state variables in spintronic devices, making the manipulation of magnetic states essential for the write-in operation. “Standard” method for this sake relies on a magnetic field, which suffers a significant energy dissipation. Recently, it was found that the electrically generated spin currents can exert spin torques in magnets [2-10], providing an effective way on manipulating the magnetization in spintronic devices. Conventionally, there are two approaches for generating spin currents and the associated spin torques. The first one utilizes a current perpendicular-to-plane (CPP) device, such as a magnetic tunnel junction (MTJ), where a longitudinal spin current from a ferromagnetic electrode tunnels across the barrier and transfers the spins towards another electrode [11-13]. Such a spin current is polarized by the spin-split Fermi surface of the ferromagnetic electrode, and hence is collinear to the magnetization. The resultant spin-transfer torque (STT) directly competes with the damping of the magnetization, leading to an efficient switching [13]. This approach, however, requires a substantial incubation time to initial the torque dynamics, lowering the switching speed [14,15]. Another approach employs the phenomena associated with spin-orbit coupling (SOC), such as spin Hall effect (SHE) [10,16] and Rashba-Edelstein effect (REE) [9,17,18], generating a transverse spin current from a spin source layer or an interface and exerting the torques on the adjacent magnetic layer. Although such spin- orbit torque (SOT) in the …더보기
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번역 (Translation):
Altermagnet Chang Pan에서 비 릴리스틱 스핀 전류 분극을 공개합니다. 1,* Shuai Hu, 2,* Fanli Yang, 3 Dongchao Yang, 1 Weijia Fan, 1 Zhong Shi, 1 Liqing Pan, 3, † Shiming Zhou, 1, † Xuepeng Qiu1, † gongjahai 및 공학 및 공학 및 공학. 중국 2 양자 재료 및 장치 연구소, Tiangong University, Tianjin, 300387, Tiangong University, 전자 및 정보 공학 학교. 3 중국 과학 대학, 중국 세 조지 대학교, Yichang, 443002, 중국의 Hubei 엔지니어링 연구 센터 *이 저자들은이 작품에 동등하게 기여합니다. 스핀 의존적 현상 및 고성능 장치 애플리케이션. 최근에, 자기 스핀 홀 효과는 비 콜린 아르테로 마그넷 및 altermagnets를 포함한 스핀 스플릿 항 강간 전류에서 발견되었다. 그러나, 이러한 비 종교적 스핀 전류는 자기 기원을 갖는 것이 제안되었지만, 네일 벡터와 스핀 전류 분극 사이의 직접적인 연결은 여전히 누락된다. 여기서, Altermagnetic RUO2를 대표적인 예로 사용하여, 우리는 스핀 홀 자기 저항 측정을 기반으로 개발 한 기술을 사용하여 기존 및 자기 스핀 홀 효과를 분리하여 스핀 전류 분극을 공개합니다. 결과는 비 종교적 스핀 전류가 네일 벡터에 매우 가까운 편광을 호스팅한다는 것을 시사한다. 우리의 연구는 Altermagnetic RUO2에서 비 종교적 스핀 전류의 자기 기원에 대한 명백한 증거를 제공하며, 스피 트로 닉스에서 결정적인 비 전통적인 스핀 전류를 이해하기위한 간단한 경로를 포장합니다. Spintronics는 정보 처리 및 저장을 위해 전자 장치의 스핀 자유도를 이용합니다 [1]. 자기 재료의 자기 순서 매개 변수는 스피 트로닉 장치의 상태 변수로서 작용하여 쓰기 작업에 자기 상태의 조작을 필수적으로 만듭니다. 이 술을위한 “표준”방법은 자기장에 의존하여 상당한 에너지 소산을 겪습니다. 최근에, 전기적으로 생성 된 스핀 전류는 스핀 토크를 자석으로 가질 수 있으며 [2-10], 스핀 트로닉 장치에서 자화를 조작하는 효과적인 방법을 제공한다. 일반적으로 스핀 전류와 관련 스핀 토크를 생성하기위한 두 가지 접근법이 있습니다. 첫 번째는 MTJ (Magnetic Tunnel Junction)와 같은 전류 수직으로 평면 (CPP) 장치를 사용하며, 여기서 강자성 전극 터널로부터의 종 방향 스핀 전류는 방벽을 가로 지르고 다른 전극을 향해 전달합니다 [11-13]. 이러한 스핀 전류는 강자성 전극의 스핀 스플릿 페르미 표면에 의해 편광되고, 따라서 자화에 대한 공모된다. 결과적인 스핀 전송 토크 (STT)는 자화의 감쇠와 직접 경쟁하여 효율적인 스위칭을 초래합니다 [13]. 그러나이 접근법은 토크 역학을 초기화하기 위해 상당한 인큐베이션 시간이 필요하여 스위칭 속도를 낮추고있다 [14,15]. 또 다른 접근법은 스핀 홀 효과 (SHE) [10,16] 및 Rashba-Edelstein Effect (REE) [9,17,18]와 같은 스핀 궤도 커플 링 (SOC)과 관련된 현상을 사용하여 스핀 소스 레이어 또는 인터페이스로부터 횡 스핀 전류를 생성하고 인접한 자석 레이어에서 토크를 발휘합니다. 비록 그러한 스핀 궤도 토크 (SOT)는 … 더보기
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