spinpumpning

Spinpumpning är en mekanism inom spintronik där en förskjuten magnetisering i ett ferromagnetiskt skikt överför spin‑vinkelmoment till en närliggande icke‑magnet, vanligtvis genom gränssnittet mellan materialen. När magnetisationen precesserar, pumpas en spinström ut i den intilliggande icke‑magneten. Detta fenomen används för att generera och studera spin‑strömmar och deras effekter i nanostrukturer.

Den pumpade spinströmmen j_s^pump beskrivs teoretiskt av ett uttryck som j_s^pump = (ħ/4π) G↑↓ (m × dm/dt), där G↑↓ är spin‑mixningskonduktans mellan lagen och m är den enhetsvektor som beskriver magnetisationens riktning. Denna process har som konsekvens en ökning av Gilbert‑dämpningen i ferromagneten, eftersom angularmomentum lämnar materialet via gränssnittet och förs över till den omgivande icke‑magneten.

I den närliggande icke‑magnetiska lagringen kan spinströmmen omvandlas till elektrisk signal genom inverse spin Hall effect (ISHE). ISHE ger en mätbar spänning eller ström som är kopplad till den pumpade spinströmmen och används ofta som bekräftelse på spin pumping i experiment.

Viktiga materialkombinationer inkluderar ferromagneter som NiFe eller YIG tillsammans med tunga metaller som Pt eller Ta. Effektiviteten hos spin pumping påverkas av gränssnittets kvalitet, spin‑mixning och spin‑diffusionslängd i icke‑magneten, vilket gör materialval och strukturavgörande för tillämpningar inom spintronik och magnoniska strömningar.

Historiskt byggde teorin på arbeten av Tserkovnyak, Brataas och Bauer i början av 2000‑talet, och experimentupplevelserna visade både dampingförändringar och ISHE‑signaler i olika system.