Spin Transfer Torque and Nonlinear Quantum Electron Transport in Chiral Helimagnets

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

We construct a nonlinear theory of electric resistance of chiral helimagnets, in which the shape changes and the magnetization spiral starts rotating during the passage of electric current due to the spin transfer torque effect. It is shown that the rotation of the spin spiral under the action of the passing current, the electric resistance of the helimagnet is always lower than the resistance of a helimagnet in which the spin spiral is stationary. It is found that the current–voltage characteristic of the helimagnet in the presence of the spin transfer torque from the conduction electron system to the system of localized electrons can be essentially nonlinear. The possibility of the spin electric bistability effect in helimagnets is predicted for the situation when the spin contribution to electric resistance of a helimagnet can take two different values for the same value of the current passing through it. The possibility of realization of states with a negative differential resistance in helimagnets is demonstrated.

作者简介

V. Ustinov

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences; Institute of Natural Sciences and Mathematics, Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsyn

Email: ustinov@imp.uran.ru
620137, Yekaterinburg, Russia; 620002, Yekaterinburg, Russia

I. Yasyulevich

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

编辑信件的主要联系方式.
Email: yasyulevich@imp.uran.ru
620137, Yekaterinburg, Russia

参考

  1. W. Gerlach and O. Stern, Z. Phys. 9, 349 (1922).
  2. Ю. А. Изюмов, УФН 144, 439 (1984).
  3. T. Kimura, Annu. Rev. Condens. Matter Phys. 3, 93 (2012).
  4. Y. Togawa, Y. Kousaka, K. Inoue, and J.-i. Kishine, J. Phys. Soc. Jpn. 85, 112001 (2016).
  5. В. В. Устинов, И. А. Ясюлевич, Физика металлов и металловедение, 121, 257 (2020).
  6. V. V. Ustinov and I. A. Yasyulevich, Phys. Rev. B 102, 134431 (2020).
  7. D. W. Boys and S. Legvold, Phys. Rev. 174, 377 (1968).
  8. T. Yokouchi, N. Kanazawa, A. Kikkawa, D. Morikawa, K. Shibata, T. Arima, Y. Taguchi, F. Kagawa, and Y. Tokura, Nat.Commun. 8, 866 (2017).
  9. R. Aoki, Y. Kousaka, and Y. Togawa, Phys. Rev. Lett. 122, 057206 (2019).
  10. N. Jiang, Y. Nii, H. Arisawa, E. Saitoh, and Y. Onose, Nat.Commun. 11, 1601 (2020).
  11. N. Jiang, Y. Nii, H. Arisawa, E. Saitoh, J. Ohe, and Y. Onose, Phys. Rev. Lett. 126, 177205 (2021).
  12. L. I. Naumova, M. A. Milyaev, R. S. Zavornitsyn, T. P. Krinitsina, V. V. Proglyado, and V. V. Ustinov, Current Applied Physics 19, 1252 (2019).
  13. Л. И. Наумова, М. А. Миляев, Р. С. Заворницын, Т. П. Криницина, Т. А. Чернышова, В. В. Проглядо, В. В. Устинов, Физика металлов и металловедение 120, 464 (2019).
  14. R. S. Zavornitsyn, L. I. Naumova, M. A. Milyaev, M. V. Makarova, V. V. Proglyado, I. K. Maksimova, and V. V. Ustinov, Current Applied Physics 20, 1328 (2020).
  15. Р. С. Заворницын, Л. И. Наумова, М. А. Миляев, М. В. Макарова, Т. П. Криницина, В. В. Проглядо, В. В. Устинов, Физика металлов и металловедение 121, 688 (2020).
  16. В. В. Устинов, М. А. Миляев, Л. И. Наумова, Р. С. Заворницын, Т. П. Криницина, В. В. Проглядо, Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования 12, 26 (2021).
  17. L. I. Naumova, R. S. Zavornitsyn, M. A. Milyaev, M. V. Makarova, V. V. Proglyado, and V. V. Ustinov, IEEE Transactions on Nanotechnology 20, 866 (2021).
  18. Л. И. Наумова, Р. С. Заворницын, М. А. Миляев, М. В. Макарова, В. В. Проглядо, В. В. Устинов, Физика металлов и металловедение 122, 581 (2021).
  19. Л. И. Наумова, Р. С. Заворницын, М. А. Миляев, М. В. Макарова, В. В. Проглядо, А. С. Русалина, В. В. Устинов, Физика металлов и металловедение 123, 1011 (2022).
  20. O. Wessely, B. Skubic, and L. Nordstrom, Phys. Rev. Lett. 96, 256601 (2006).
  21. K. Goto, H. Katsura, and N. Nagaosa, arXiv:0807.2901.
  22. S. K. Kudtarkar, Phys. Lett. A 374, 366 (2009).
  23. J. Iwasaki, M. Mochizuki, and N. Nagaosa, Nat.Commun. 4, 1463 (2013).
  24. K. M. D. Hals and A. Brataas, Phys. Rev. B 87, 174409 (2013).
  25. V. V. Ustinov and I. A. Yasyulevich, Phys. Rev. B 106, 064417 (2022).
  26. J. Masell, X. Yu, N. Kanazawa, Y. Tokura, and N. Nagaosa, Phys. Rev. B 102, 180402(R) (2020).
  27. Y. Takeuchi, Y. Yamane, J. Yoon, R. Itoh, B. Jinnai, S. Kanai, J. Ieda, S. Fukami, and H. Ohno, Nat. Mater. 20, 1364 (2021).
  28. С. В. Вонсовский, Магнетизм, Наука, Москва (1971), c. 1032.
  29. J.-i. Kishine and A. S. Ovchinnikov, Solid State Phys. 66, 1 (2015).
  30. А. Н. Серьезнов Л. Н. Степанова, С. А. Гаряинов, С. В. Гагин, О. Н. Негоденко, Н. А. Филинюк, Ф. Д. Касимов, Негатроника, Новосибирское отделение издательства Наука, Новосибирск (1995), с. 315.
  31. N. A. Filinyuk and A. A. Lazarev, AEU - International Journal of Electronics and Communications 68, 172 (2014).
  32. S. Budhathoki, A. Sapkota, K. M. Law, S. Ranjit, B. Nepal, B. D. Hoskins, A. S. Thind, A. Y. Borisevich, M. E. Jamer, T. J. Anderson, A. D. Koehler, K. D. Hobart, G. M. Stephen, D. Heiman, T. Mewes, R. Mishra, J. C. Gallagher, and A. J. Hauser, Phys. Rev. B 101, 220405(R) (2020).
  33. M. Tsoi, R. E. Fontana, and S. S. P. Parkin, Appl. Phys. Lett. 83, 2617 (2003).
  34. A. Yamaguchi, T. Ono, S. Nasu, K. Miyake, K. Mibu, and T. Shinjo, Phys. Rev. Lett. 92, 077205 (2004).
  35. M. Klaui, P.-O. Jubert, R. Allenspach, A. Bischof, J. A. C. Bland, G. Faini, U.Rudiger, C. A. F. Vaz, L. Vila, and C. Vouille, Phys. Rev. Lett. 95, 026601 (2005).
  36. Y. Togawa, T. Kimura, K. Harada, T. Akashi, T. Matsuda, A. Tonomura, and Y. Otani, Jpn. J. Appl. Phys. 45, L683 (2006).
  37. M. Hayashi, L. Thomas, C. Rettner, R. Moriya, Y. B. Bazaliy, and S. S. P. Parkin, Phys. Rev. Lett. 98, 037204 (2007).
  38. M. Hayashi, L. Thomas, R. Moriya, C. Rettner, S. S. P. Parkin, Science 320, 209 (2008).
  39. X. Zhang, Y. Zhou, K. M. Song, T.-E. Park, J. Xia, M. Ezawa, X. Liu, W. Zhao, G. Zhao, and S. Woo, J. Phys.: Condens. Matter 32, 143001 (2020).

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».