反強磁性ダイナミクスによるスピン起電力

Spinmotive force due to antiferromagnetic dynamics

家田 淳一   ; 山根 結太*; Sinova, J.*

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

近年、反強磁性体を舞台としたスピントロニクス現象に注目が集まっている。特に、反強磁性ダイナミクスの電気的制御と検出という観点から、スピントルクやスピン起電力など、これまで強磁性体において確立し主要な役割を担っていた概念の再検討が重要な課題となる。理論的にも既にいくつかのアプローチが提案されているが、未だ十分なコンセンサスが得られてはいない。本研究では、反強磁性磁気構造のダイナミクスによるスピン起電力を理論的に検討する。先行研究において考慮されていなかった、副格子磁化の傾角性(有限の磁化の存在)、電子スピンと副格子磁化の交換相互作用における非断熱性、ラシュバスピン軌道相互作用の効果を取り込む。磁壁磁場駆動と反強磁性共鳴を具体的に取り上げ反強磁性単体から電圧生成が可能であることを示す。これらは反強磁性ダイナミクスの電気的な検出方法を与えるものとして有益であり、スピン起電力の出力増大に向けた物質探索の可能性を広げるものでもある。

Recently, spintronics phenomena in antiferromagnets (AFM) attract attention. Especially spin transfer torque (STT) and spinmotive force (SMF) that have been established and play principal roles in ferromagnets become important subjects since they enable us to control and detect AFM dynamics. A few approaches have been theoretically proposed for treating these effects in AFMs but they are still under debate. In this work, we theoretically investigate SMF due to AFM dynamics by incorporating the finite canting between sublattice magnetizations, non-adiabaticity of the electron dynamics, and the Rashba spin-orbit interaction, which were all omitted in previous work. We show that the electric voltages can be generated by field-induced AFM domain wall motion and AFM resonance. This finding is useful as providing an electrical detection method of AFM dynamics and opens up the possibility of materials search for the larger SMF signals.