スピンポンピング

スピンポンピングは、磁気モーメントのコヒーレント歳差運動によって純粋なスピン流を動的に生成するものであり、磁性材料から隣接する非磁性材料にスピンを効率的に注入することができる。非磁性材料は通常、注入されたスピン流を検出しやすい電荷電圧に変換できるスピンホール効果をホストする。スピンポンピング実験では通常、磁気共鳴を誘発するために電磁放射が必要であり、これによりエネルギーと角運動量が電磁波（通常はマイクロ波）から磁気力学に変換され、次に電子に変換され、電磁波の電子的検出が可能になる。スピンポンピングのデバイス動作は、バッテリーのスピントロニクスアナログと見なすことができる。^[1]

スピンポンピングには AC 効果と DC 効果が関係します。

• AC 効果により、マイクロ波源と同じ周波数で振動するスピン電流が生成されます。
• DC 効果には磁気ダイナミクスが円偏光または楕円偏光していることが必要ですが、線形振動は AC 成分しか生成できません。
• 両方の効果により、実効的な磁気減衰が全体的に強化される。^[2]

歳差運動する磁気モーメントによって隣接層に注入されるスピン流は^{[2]で与えられる。}

${\displaystyle {\vec {j}}_{s}={\hbar \over {4\pi }}g^{\uparrow \downarrow }{1 \over M_{S}^{2}}\langle {\vec {M}}(t)\times {{d{\vec {M}}(t))} \over {dt}}\rangle }$

ここで、はスピン電流（ベクトルは電流の方向ではなく、スピンの向きを示します）、は界面のスピンの透明性を特徴付けるスピン混合コンダクタンス、は飽和磁化、は時間に依存するモーメントの向きです。 ${\displaystyle {\vec {j}}_{s}}$${\displaystyle g^{\uparrow \downarrow }}$${\displaystyle M_{S}}$${\displaystyle {\vec {M}}(t)}$

光学的、マイクロ波的、電気的方法も研究されている。^{[3]これらのデバイスは、}スピントロニクスデバイスにおける低電力データ伝送に使用できる可能性がある。 ^[4]または絶縁体を介して電気信号を伝送するために使用できる可能性がある。 ^[5]

反強磁性材料におけるスピンポンピングは、反平行磁気モーメントがスピン流に破壊的ではなく建設的に寄与するため、消失しない。これは2014年に理論的に予測されていた。^[6]反強磁性共鳴の周波数^[7]は強磁性共鳴の周波数よりもはるかに高いため、反強磁性体のスピンポンピングはサブテラヘルツおよびテラヘルツ領域の電磁信号の研究に利用でき、これは2020年に2つの独立した実験によって実証された。^{[8] [9]}

反強磁性体におけるスピンポンピングは、周波数が高いことに加え、強磁性体には存在しない磁気ダイナミクスのキラリティー自由度を特徴としています。たとえば、左手系と右手系の共鳴モードによってポンピングされるスピン電流は、方向が逆になります。

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