研究三卤化铬中磁激发诱导的自旋电流

图片来源：东京工业大学

开发低功耗、高速和高密度存储器件的一种巧妙方法基于自旋电子学，自旋电子学是利用一定程度电子自由度的技术新兴前沿，称为自旋。简而言之，电子及其负电荷具有可以使用磁场控制的自旋。这与磁绝缘体尤其相关，其中电子不能四处移动，但自旋仍然是可控的。在这些材料中，磁激发可以产生自旋电流，从而形成自旋电子学的基础。

科学家们一直在寻找有效的方法来产生自旋电流。光电流效应是一种以光照产生直流电流为特征的现象，在这方面特别有用。研究发现，利用电磁波中的磁场可以类似地产生光电流自旋电流。然而，我们目前缺乏探索这种现象的候选材料和一般的数学公式。

现在，东京工业大学（东京工业大学）的Hiroaki Ishizuka副教授和他的同事一起解决了这些问题。在他们最近发表在《物理评论快报》上的研究中，他们提出了一个通用公式，可用于计算由横向振荡磁激发引起的光电流自旋电流。然后，他们使用此公式来了解双层铬（Cr）三卤化物化合物中如何产生光电自旋电流，即三碘化铬（CrI3）和三溴化铬（CrBr）3).

“与过去考虑产生自旋电流的纵向振荡磁场的研究不同，我们的研究侧重于横向振荡磁场。基于此，我们发现涉及一个磁子（自旋波激发的量子）波段以及两个磁子波段的过程有助于自旋电流，“Ishizuka博士解释说。

使用他们的公式，两人发现两者都是CrI3和铬溴3在千兆赫兹和太赫兹频率下，显示出与电磁波相对应的磁激发的大光电流自旋电流。然而，电流仅在自旋显示反铁磁排序时才出现，这意味着连续的自旋是反平行的，而不是铁磁排序（其中连续的自旋是平行的）。

此外，自旋电流方向受反铁磁排序方向的控制（第一层和第二层的自旋是上下排列还是向下排列）。此外，他们指出，与先前将自旋电流仅归因于双磁子过程的发现不同，他们的公式表明，一般来说，单磁子过程可能产生较大的响应。

这些结果表明，双层CrI3和铬溴3是研究与光电流自旋电流产生相关的机制的有力候选者。

“我们的研究不仅预测了对自旋电流的不可预见的贡献，而且还为由磁激发的光电流效应驱动的新型材料的设计提供了指导，”Ishizuka博士说。

更多信息：Hiroaki Ishizuka等人，双层Cr三卤化物中磁共振的大光电偶自旋电流，物理评论快报（2022）。DOI： 10.1103/PhysRevLett.129.107201

期刊信息：物理评论快报