ラシュバ効果による界面磁気異方性の理論

Theory of interfacial magnetic anisotropy due to the Rashba effect

家田 淳一   

Ieda, Junichi

近年、厚さ数原子層からなる強磁性超薄膜の特異なスピン状態に注目が集まっている。強磁性超薄膜の垂直磁気異方性(PMA)の発現とその電界制御の根本メカニズムの解明は、材料開発の指針を得るために重要である。これまでに様々な角度から理論的説明が試みられているが、特に高電界下のPMAの挙動は統一的な理解がまだ得られていない。これまでに提案されたモデルは、以下の3つに大別される。(モデル1)強磁性超薄膜界面へのドーピング効果:強磁性超薄膜界面へのドーピングによってバンドの占有率が変わるため、PMAも変化するというモデル。(モデル2)強磁性超薄膜のバンド分裂効果:高電界下では、強磁性超薄膜のバンドが分裂するために、その変化に伴いPMAも変化するというモデル。(モデル3)強磁性超薄膜界面におけるラシュバ効果:界面のラシュバ効果が強磁性体の交換分裂と競合することでPMAが発現し、ラシュバ効果の電界依存性を通じてPMAが変化するというモデル。本講演では、我々が見いだした第3のモデルについて、ラシュバスピン軌道相互作用と強磁性のストーナー模型に基づいた理論とそのポイントを紹介する。

In recent years, attention has been focused on a specific spin state of ferromagnetic ultra-thin film made of a few atomic layers. Elucidation of the underlying mechanism of the perpendicular magnetic anisotropy (PMA) in the ferromagnetic ultra-thin films and its electric field control are crucial for future materials development. Although theoretical explanation has been attempted from various angles, the behavior of the PMA in high electric fields are not yet understood in a unified manner. Is classified into the following three models proposed so far: (Model 1) doping effect to the ferromagnetic ultra-thin film interface: the band filling is changed by doping of ferromagnetic ultra-thin interface leading to the change of the PMA. (Model 2) band splitting effect of ferromagnetic ultra-thin films: In the high electric field, the energy band of ferromagnetic ultra-thin is split leading to the change of the PMA. (Model 3) model Rashba effect in the interface of ferromagnetic ultra-thin films: PMA is expressed by Rashba effect of the interface to compete with exchange splitting of ferromagnetic material, PMA can change through the electric field dependence of the Rashba effect. In this talk, for the third model we have proposed, we will introduce the theory based on the Stoner model of ferromagnetism and the Rashba spin orbit interaction.