Онлайн-семинар по спинтронике №7: Бранислав Николич

Что такое квантовый спиновый момент: спинтроника и сильно коррелированная и сильно запутанная квантовая материя Этот онлайн-семинар был проведён 17 апреля 2020 года профессором Браниславом Николичем из Университета Делавэра. Более подробную информацию о серии онлайн-семинаров по спинтронике можно найти на сайте https://www.spintalks.org. Аннотация: Стандартная теоретическая картина динамики намагниченности, обусловленная обычным спин-переносным моментом Слоньчевского-Бергера (STT) или спин-орбитальным моментом, основана на квантовой теории переноса невзаимодействующих электронов. Это позволяет вычислить момент, который затем подаётся в уравнение Ландау-Лифшица-Гильберта для временной эволюции намагниченности, рассматриваемой как классический вектор фиксированной длины. Однако этот подход не может объяснить недавно обнаруженный квантовый STT [1] в спиновых вентилях при сверхнизких температурах. Традиционный спин-торсионный трейт (СТТ) возникает только тогда, когда спиновая поляризация инжектированных электронов и локализованных спинов внутри ферромагнетика неколлинеарна. Напротив, квантовый СТТ возникает, когда эти векторы коллинеарны, но антипараллельны, что требует полностью квантового описания как электронов, так и локализованных спинов. Недавно мы ввели [2] зависящую от времени ренормализационную группу матрицы плотности (tDMRG) в качестве полностью квантовой основы для СТТ и применили ее для понимания того, как квантовый СТТ может приводить к перемагничиванию. В этом докладе будет представлен обзор стандартного описания крутящего момента в спиновых вентилях [3], гетероструктурах Ван-дер-Ваальса [4] из двумерных магнитных материалов и магнитных доменных стенок [5], а затем будет показано, как tDMRG моделирует временную эволюцию многочастичного квантового состояния электронов и локализованных спинов. Квантовый СТТ может изменить направление локализованных спинов, но без вращения относительно начального состояния. Такое неклассическое перемагничивание всегда крайне неоднородно по всему ферромагнетику и сопровождается уменьшением намагниченности, связанной с локализованными спинами, вплоть до нуля в определенных местах. Это происходит потому, что неравновесная динамика, обусловленная квантовым переносом спина (STT), генерирует сильно запутанное неравновесное многочастичное состояние всех движущихся и локализованных спинов, несмотря на то, что изначально квантовое состояние обычного ферромагнетика является сепарабельным, что приводит к истинной декогеренции каждой локализованной спиновой подсистемы. Глобальный рост запутанности отличает квантовый STT от обычного, поскольку в первом случае он почти достигает максимально возможного значения. [1] A. Zholud, R. Freeman, R. Cao, A. Srivastava, and S. Urazhdin, Spin transfer due to quantum magnetization fluctuations, Phys. Rev. Lett. 119, 257201 (2017). [1] A. Zholud, R. Freeman, R. Cao, A. Srivastava, and S. Urazhdin, Spin transfer due to quantum magnetization fluctuations, Phys. Rev. Lett. 119, 257201 (2017). [2] М. Д. Петрович, А. Е. Фейгин, П. Плехач и Б. К. Николич, Спинтроника встречается с зависящей от времени ренормализационной группой матрицы плотности: неклассическое перемагничивание и рост глобальной запутанности из-за квантового спинового момента, вызванного импульсом тока, https://arxiv.org/abs/2002.04655. [3] Б. К. Николич, К. Долуй, М. Петрович, П. Плехач, Т. Маркуссен и К. Стокбро, Моделирование квантового транспорта в первых принципах для спин-переносных и спин-орбитальных моментов в магнитных многослойных структурах, Глава из «Справочника по моделированию материалов», Том 2 «Приложения: современные и перспективные материалы» (Springer, Cham, 2018); https://arxiv.org/abs/1801.05793. [4] К. Долуи, М. Д. Петрович, К. Золлнер, П. Плехач, Й. Фабиан и Б. К. Николич, Спин-орбитальный момент близости на двумерном магните в гетероструктуре Ван-дер-Ваальса: Обратимый неравновесный фазовый переход от антиферромагнетика к ферромагнетику, управляемый током, в двухслойном CrI3, Nano Lett. 20, 2288 (2020). [5] М. Д. Петрович, П. Плехач и Б. К. Николич, Аннигиляция топологических солитонов в магнетизме: Как доменные стенки сталкиваются и исчезают, вызывая всплески спиновых волн и накачку электронного спинового тока широкополосных частот, https://arxiv.org/abs/1908.03194.