Уравнения Ландау–Лифшица и динамика спинов в гетероструктуре с нарушенной инверсной симметрией при спин-орбитальной передаче спинового момента

Abstract

Проведено обобщение уравнений Ландау–Лифшица на случай учета спиновой аккумуляции и динамики локализованных спинов в проводящем магнетике в условиях действия механизма спинорбитального рассеяния Рашбы. На основе модифицированных уравнений Ландау–Лифшица в макроспиновом приближении проделан теоретический анализ влияния спин-орбитальной передачи продольным током протекания вращательного момента в проводящей гетероструктуре с тонким магнитным слоем на его спиновое состояние. Показано, что в зависимости от геометрии намагничивания так же, как и в случае поперечной передачи спинового момента в спин-вентильных структурах, здесь возможна реализация режимов спинового переключения в магнитном слое гетероструктуры с легкоплоскостным магнитным слоем. Построены примеры диаграмм спиновых состояний на плоскости ток–поле, показываю- щие удовлетворительное согласие с результатами экспериментального измерения критических полей и токов переключения спинов в магнитных слоях асимметричных гетероструктур Al₂O₃/Co/Pt и MgO/CoFeB/Ta с компенсацией поля размагничивания в перпендикулярном направлении, исследовавшиеся в работах I.M. Miron и L. Liu с сотрудниками.

Проведено узагальнення рівнянь Ландау–Ліфшиця на випадок врахування спінової акумуляції та динаміки локалізованих спінів в провідному магнетику в умовах дії механізму спіорбітального розсіяння Рашби. На основі модифікованих рівнянь Ландау–Ліфшиця в макроспіновому наближенні виконано теоретичний аналіз впливу спін-орбітальної передачі подовжнім струмом протікання обертального моменту в провідній гетероструктурі з тонким магнітним шаром на його спіновий стан. Показано, що залежно від геометрії намагнічення так само, як і у разі поперечної передачі спінового моменту в спінвентильних структурах, тут можлива реалізація режимів спінового перемикання в магнітному шарі гетероструктури з легкоплощинним магнітним шаром. Побудовано приклади діаграм спінових станів на площині струм–поле, які показують задовільну згоду з результатами експериментального виміру критичних полів та струмів перемикання спінів в магнітних шарах асиметричних гетероструктур Al₂O₃/Co/Pt та MgO/CoFeB/Ta з компенсацією поля розмагнічування в перпендикулярному напрямі, які досліджено в роботах I.M. Miron та L. Liu з співробітниками.

The Landau–Lifschitz equations are generalized with due account for spin accumulations and localized spin dynamics in a conductive magnet in terms of the Rashba of spin-orbit scattering mechanism. The influence of spin-orbit torque transfer induced by longitudinal current flowing in a conductive heterostructure on its spin state is analyzed in the macrospin approximation on the basis of the modified Landau–Lifshitz equations. It is shown that depending on the geometry of structure magnetization it is possible as in the case of spin transfer torque transverse to the spin-valve structures, to realize switching modes of the spin in the easy-plane magnetic layer of the heterostructure. We construct examples of diagrams of spin states in the current–field plane, showing a satisfactory agreement with the results of experimental measurements of critical fields and switching currents in magnetic layers of asymmetric heterostructures Al₂O₃/Co/Pt and MgO/CoFeB/Ta, studied in M. Miron, L. Liu and co-workers.