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Theory of spin Hall magnetoresistance (SMR) and related phenomena

スピンホール磁気抵抗効果と関連現象の理論

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.*

スピンホール効果によってスピン流が発生する金属と磁性絶縁体との二重層におけるいわゆるスピンホール磁気抵抗(SMR)を概観する。関連する角運動量が強磁性層に伝達され、それにより電気抵抗が印加電流と磁化方向との間の角度によって変調される。SMRは、絶縁体の磁化方向とスピン伝達トルクを非侵入的に測定するための便利なツールを提供する。SMR、すなわちスピン拡散理論および量子力学的境界条件を計算するための最小の理論的手段を紹介する。これは、実験に適合させることができる少数のパラメータを導出する。理論の限界と、強磁性近接効果やRashbaスピン軌道トルクなどの代替メカニズムについて議論し、新しい展開を指摘する。

We review the so-called spin Hall magnetoresistance (SMR) in bilayers of a magnetic insulator and a metal, in which spin currents are generated in the normal metal by the spin Hall effect. The associated angular momentum transfer to the ferromagnetic layer and thereby the electrical resistance is modulated by the angle between the applied current and the magnetization direction. The SMR provides a convenient tool to non-invasively measure the magnetization direction and spin-transfer torque to an insulator. We introduce the minimal theoretical instruments to calculate the SMR, i.e. spin diffusion theory and quantum mechanical boundary conditions. This leads to a small set of parameters that can be fitted to experiments. We discuss the limitations of the theory as well as alternative mechanisms such as the ferromagnetic proximity effect and Rashba spin-orbit torques, and point out new developments.

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分野:Physics, Condensed Matter

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