Spin transport in metallic antiferromagnetic textures; Interplay of inter-sublattice mixing and s-d exchange interaction

金属反強磁性網目構造におけるスピン伝導; 副格子間混合とs-d交換相互作用の競合

家田 淳一   ; 山根 結太*; Sinova, J.*

Ieda, Junichi; Yamane, Yuta*; Sinova, J.*

近年、反強磁性物質が技術応用上の興味を集めている。ここで、反強磁性金属におけるスピン伝導を理解するうえでは強磁性体ベースのスピントロニクスで重要な役割を果たしていたs-d交換相互作用に加え、副格子の自由度を考慮する必要がある。本講演では、それらを考慮することで、反強磁性磁壁の運動や反強磁性共鳴により電圧生成が可能であることを理論的に明らかにする。この結果は、反強磁性体の運動を電気的に検出する新しい手法を提供するため、今後の反強磁性スピントロニクスの展開において重要な役割を果たすことが期待される。また、同様の手法により、反強磁性体におけるスピントランスファートルクの定式化を行う。電子と磁化の交換相互作用と副格子間の電子ダイナミクスを競合するモデルパラメータとして、それぞれが支配的となる二つの極限について調査した。本成果は様々な形態の反強磁性物質におけるスピントルクを定量化する手段を与える。

Recently, antiferromagnetic (AFM) materials are generating more attention due to their potential to become a key player in technological applications. To understand spin transport in AFM metals, however, in addition to the s-d exchange interaction that plays a pivotal role in ferromagnetic-based spintronics, the sublattice degree of freedom should be taken into account. In this presentation we theoretically demonstrate electric voltage generation due to spinmotive forces originating from domain wall motion and magnetic resonance in antiferromagnets. This work suggests a new way to observe and explore the dynamics of antiferromagnetic textures by electrical means, an important aspect in the emerging field of antiferromagnetic spintronics. We also formulate spin-transfer torques in antiferromagnetic materials. Taking in the electron-magnetization exchange coupling and the inter-sublattice electron dynamic as model parameters, we examine the two limiting cases where either one of the two is dominant over another. Our work offers a framework for quantitative understanding of spin-transfer torques in different classes of antiferromagnetic materials.