Truyền spin (spin transfer) và bơm spin (spin pumping)

Đây là hai thuật ngữ trong ngành spintronics (điện tử học spin hay spin tử học) liên quan đến các thao tác đối với dòng spin, và cũng là những khái niệm quan trọng nhất trong ngành spintronics. Spintransfer và spin pumping là hai quá trình ngược nhau, một quá trình là dùng dòng spin để thao tác, còn một quá trình là thao tác nhằm tạo ra dòng spin.

Khái niệm về spin transfer lần đầu tiên xuất hiện vào năm 1996 trong các công trình độc lập của Luc Berger (Đại học Carnegie Mellon) đăng trên tạp chí Physical Review B [1] và J. C. Slonczewski (IBM Thomas Watson) đăng trên Journal of Magnetism and Magnetic Materials [2]. Các lý thuyết này mô tả hiệu ứng từ độ của các lớp màng mỏng từ có thể bị xoay đi khi có một dòng điện tử phân cực spin truyền qua, hoặc tạo ra hiệu ứng sóng spin trong các màng mỏng (sự lan truyền của mômen từ như các sóng). Có thể mô tả đơn giản như sau: một dòng spin lan truyền khi va chạm với một mômen từ, có thể tạo ra 2 hiệu ứng: i) sự xoay chiều của mômen từ theo chiều phân cực của dòng spin, ii) sự chuyển động hồi chuyển của mômen từ. Quy tắc tạo ra sự đảo chiều các mômen từ gọi là “spin transfer torque”, có thể hiểu đơn giản là quy tắc truyền mômen xung lượng từ dòng spin cho mômen từ (xem bài viết khác của tôi về spin transfer torque).

Mô hình về spin transfer torque.

Năm 1996 cũng có thể coi là năm ra đời của khái niệm spin pumping trong công trình của Luc Berger trên tạp chí Physical Review B [1]. Trong bài báo này, ngoài việc mô tả sự thay đổi chiều của từ độ lớp màng mỏng bằng một dòng điện, thì Luc Berger còn dự đoán sự lan truyền của các sóng spin do sự đảo chiều liên tục của từ độ trong màng mỏng đa lớp. Và hiệu ứng bơm spin có thể hiểu đơn giản là sự chuyển động của từ độ sẽ tạo ra dòng spin. Dòng spin này chính là tác nhân tạo ra sự lan truyền các sóng spin như được mô tả trong bài báo của Luc Berger [1]. Nếu hiểu một cách hình ảnh, spin transfer giống như quá trình dòng điện chạy vào động cơ làm quay quạt, còn spin pumping là quá trình máy phát điện quay và tạo ra dòng điện.

Truyền dòng spin bằng spin pumping

Có một chương sách về vấn đề spin transfer và spin pump đã được viết khá kỹ lưỡng (tất nhiên là khá nặng về lý thuyết) bởi nhóm tác giả Arne Brataas, Yaroslav Tserkovnyak, Gerrit E. W. Bauer, Paul J. Kelly năm 2012. Đây là một phần trong cuốn “Spin current” chủ biên bởi S. Maekawa, E. Saitoh, S. Valenzuela and Y. Kimura và sẽ được nhà xuất bản Oxford University Press ấn hành trong thời gian tới. Và chương sách “Spin pumping and spin transfer” đã được nhóm tác giả phát hành (bản đầu tiên) miễn phí trên máy chủ Arxiv.org. Có thể download theo đường link này.

Tài liệu tham khảo

[1]. L. Berger, Phys. Rev. B 54, 9353 (1996).

[2]. J. C. Slonczewski, J. Magn. Magn. Mater. 159, L1 (1996).

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s