Спинтроника антиферромагнитных систем (Обзор)

Abstract

Спинтроника антиферромагнетиков — новая и быстро развивающаяся область физики магнетизма. Несмотря на отсутствие макроскопической намагниченности, антиферромагнетики, как и ферромагнитные материалы, испытывают воздействие спин-поляризованного тока, и, как и в ферромагнетиках, в основе этого явления лежит спин-зависимое взаимодействие между локализованными и свободными электронами. Однако в силу особенностей антиферромагнитных материалов — сложной магнитной структуры, существенной роли обменных взаимодействий, отсутствия макроскопической намагниченности — изучение возможных спинтронных эффектов требует новых как теоретических, так и экспериментальных подходов. Цель данного обзора — систематизация и описание последних достижений в этой области. После изложения основных особенностей структуры и поведения антиферромагнетиков рассмотрены различные микроскопические и феноменологические модели для описания индуцируемых током явлений в гетероструктурах, содержащих ферро- и антиферромагнитные слои. Обсуждены также вопросы, связанные с влиянием антиферромагнитного упорядочения на электрический ток и обусловленные этой возможностью вопросы создания полностью антиферромагнитных спиновых вентилей. Кроме того, кратко рассмотрены имеющиеся экспериментальные результаты и сделана попытка их интерпретации.

Спінтроніка антиферомагнетиків — нова область фізики магнетизму, яка швидко розвивається. Незважаючи на відсутність макроскопічної намагніченості, антиферомагнетики, як і феромагнітні матеріали, зазнають дію спін-поляризованого струму, і, як і у феромагнетиках, в основі цього явища лежить спін-залежна взаємодія між локалізованими та вільними електронами. Проте внаслідок особливостей антиферомагнітних матеріалів — складної магнітної структури, істотної ролі обмінних взаємодій, відсутності макроскопічної намагніченості — вивчення можливих спінтроних ефектів вимагає нових як теоретичних, так і експериментальних підходів. Мета цього огляду — систематизація та опис останніх досягнень в цій області. Після викладу основних особливостей структури і поведінки антиферомагнетиків розглянуто різні мікроскопічні та феноменологічні моделі для опису індукованих струмом явищ в гетероструктурах, що містять феро- та антиферомагнітні шари. Обговорено також питання, які пов'язані з впливом антиферомагнітного впорядкування на електричний струм та обумовлені цією можливістю питання створення повністю антиферомагнітних спінових вентилів. Окрім цього, коротко розглянуто наявні експериментальні результати та зроблено спробу їх інтерпретації.

Spintronics of antiferromagnetics is a new field that has developed in a fascinating research topic in physics of magnetism. Antiferromagnetics, like ferromagnetic materials experience the influence of spin-polarized current, even though they show no macroscopic magnetization. The mechanism of this phenomenon is related to spin-dependent interaction between free and localized electrons–sd-exchange. Due to the peculiarities of antiferromagnetic materials (complicated magnetic structure, essential role of the exchange interactions, lack of macroscopic magnetization) spintronics of antiferromagnets appeals to new theoretical and experimental approaches. The purpose of this review is to systemize and summarize the recent progress in this field. We start with a short introduction into the structure and dynamics of antiferromagnets and proceed with discussion of different microscopic and phenomenological theories for description of currernt-induced phenomena in ferro- /antiferromagnetic heterostructures. We also consider the problems of the reverse influence of antiferromagnetic ordering on current, and effectiveness of the fully antiferromagnetic spin valve. In addition, we shortly review and interpret the available experimental results.