Theory of spin Hall magnetoresistance

スピンHall磁気抵抗効果の理論

Chen, Y.-T.*; 高橋 三郎*; 中山 裕康*; Althammer, M.*; Goennenwein, S. T. B.*; 齊藤 英治; Bauer, G. E. W.*

Chen, Y.-T.*; Takahashi, Saburo*; Nakayama, Hiroyasu*; Althammer, M.*; Goennenwein, S. T. B.*; Saito, Eiji; Bauer, G. E. W.*

Ptを代表とするスピン軌道相互作用を持つ常磁性層と、イットリウム鉄ガーネットのような強磁性絶縁体からなる複合膜におけるスピンHall磁気抵抗効果についての理論を提案した。スピンHall磁気抵抗効果はスピンHall効果と逆スピンHall効果によって起きる非平衡な界面磁化に起因している。強磁性/常磁性2層膜および強磁性/常磁性/強磁性3層膜におけるスピンHall磁気抵抗効果を計算し、2層膜の計算がスピンHall磁気抵抗効果の実験結果を説明できること、3層膜では磁化が平行配置になることでスピンHall磁気抵抗効果の強度が増強されることが分かった。特に、3層膜におけるスピンHall磁気抵抗効果とスピン移行トルクが磁化配置によって制御可能であることが示された。

We present a theory of the spin Hall magnetoresistance (SMR) in multilayers made from an insulating ferromagnet F, such as yttrium iron garnet (YIG), and a normal metal N with spin-orbit interactions, such as platinum (Pt). The SMR is induced by the simultaneous action of spin Hall and inverse spin Hall effects and therefore a nonequilibrium proximity phenomenon. We compute the SMR in F|N and F|N|F layered systems, treating N by spin-diffusion theory with quantum mechanical boundary conditions at the interfaces in terms of the spin-mixing conductance. Our results explain the experimentally observed spin Hall magnetoresistance in N|F bilayers. For F|N|F spin valves we predict an enhanced SMR amplitude when magnetizations are collinear. The SMR and the spin-transfer torques in these trilayers can be controlled by the magnetic configuration.