Spindiffusionslängd

Spindiffusionslängd, ofta betecknad λs, är den karakteristiska längden över vilken spinpolarisationen i ett material decayerar när spinndiffusion och spinrelaxation verkar samtidigt. Den anger hur långt en spinobalans kan spridas innan den försvagas av spinrelaxation och därmed hur långt en spinsignal kan nå i ett inte-magnetiskt eller svagt magnetiserat medium.

Matematiskt beskriver man vanligtvis spinnens diffusionsbeteende med λs = sqrt(Ds τs), där Ds är spin-diffusionskonstanten och τs är spinrelaxationstiden. I en enkel en-dimensionell modell följer den steady-state-lösningen μs(x) ∝ exp(−x/λs), vilket illustrerar den exponentiala avklingningen av spinpolarisationen med avståndet.

Material- och temperaturberoende: spindiffusionslängden varierar mycket mellan material. Den kan vara på nanometer- till mikrometernivå beroende på materialets spinrelaxationsmekanismer och diffusionskonstant. Vanliga mekanismer för spinrelaxation inkluderar Elliott–Yafet och D’yakonov–Perel, där effektiviteten påverkas av struktur, orenheter och gränssnitt. Gränsytor och inverkningar från kontakters magnetisering kan också påverka observerad λs.

Mätning och tillämpningar: λs bestäms ofta genom icke-lokal spinvalvs- eller Hanle-mätningar där spindiffusionen i en kanal avkodas från avståndsberoende signalnivåer. Analyser av sådana data ger värden för λs och τs, och informationslösningar används i utveckling av spintroni- och minnesenheter där långspinnodiffusion är önskvärd.

Sammanfattning: spindiffusionslängden är en grundläggande egenskap som beskriver hur långt spinpolarisation kan färdas i ett material innan den förloras, och den är central för design och förståelse av spintroni- och magnetbaserade enheter.