スピントロニクス理論の基礎/3 のバックアップ(No.1)

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3 スピントロニクスの現象論

3-1 電流による磁化反転

3d 強磁性体では伝導電子もかなり強いスピン分極を受けている。

これは、アップスピンとダウンスピンの電子状態密度がエネルギー方向にずれており、 その結果フェルミレベルでの状態密度に差があることから生じる。

伝導電子のフェルミレベルでの状態密度をアップ n_+ およびダウン n_- と表し、それらの寿命(平均自由行程を決める散乱寿命)をそれぞれ \tau_+,\tau_- とする。

するとスピン依存の電気伝導度は、

\sigma_\pm\equiv e^2n_\pm\tau_\pm/m

であり、電流密度は

j_\pm=\sigma_\pm E

と表せる。

ここから電流のスピン分極率は、(3.1)

P\equiv \frac{j_+-j_-}{j_++j_-}=\frac{n_+\tau_+-n_-\tau_-}{n_+\tau_++n_-\tau_-}

で与えられる。 P の値は完全に分極しているとき P=\pm 1 を取り、 分極のない時 ( j_+=j_-=j/2 ) には P=0 となる。

実験的に、 P 1 に近い値を取りうることが確認されている。

したがって、強磁性金属に電流を流すと、

j_s\equiv j_+-j_-=Pj

のスピン流が流れることになる。( j=j_++j_- に注意)

スピン流のスピン空間での対称性

「ただしこのスピン流はスピン空間での対称性を持っておらず、 一様磁化の下で磁化方向へ射影したスピン流、つまり断熱成分である」 の意味はよく分からない。文脈からすると、これと対極にあるのが 「SU(2)対称なスピン流」であり、こちらは断熱成分ではないという事になるけれど・・・

ここで見るスピン流が角運動量を運ぶことは明らかに思える。 実際にアップまたはダウンのスピンが流れているから。

文脈からすると、「SU(2)対称なスピン流」では角運動量は運ばれないということになるのだろうか?

薄膜磁化の反転


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