[Nov 19, 2013] 이현우 교수 연구실 - Chirality from Interfacial Spin-Orbi

[Nov 19, 2013] 이현우 교수 연구실 - Chirality from Interfacial Spin-Orbit Coupling Effects in Magnetic Bilayers

Physics Review Letters 111, 216601 (2013)

스핀트로닉스가 작은 계의 연구를 지향함에 따라 1nm 이하의 초박막 자성 나노구조의 자화에 대한 연구가 주목 받고 있다. 초박막 자성 나노구조에서 기존 이론으로 설명되지 않는 현상들이 발견되고 있어 비대칭성으로 인한 강한 계면 스핀-궤도 상호작용의 역할이 중요시되고 있다. 최근 계면 스핀-궤도 상호작용의 역할에 대한 연구가 이루어져 스핀-궤도 토크 등의 새로운 Chiral 현상들이 예측 및 발견되고 있었으나 이들에 대한 통합적인 이해는 제공하지 못하고 있었다.
이현우 교수 연구팀은 고려대학교, NIST와의 공동연구를 통해 계면 스핀-궤도 상호작용이 만들어내는 Chirality를 규명하고 기존 연구 결과들을 모두 유도하는 통합 이론을 Physical Review Letters에 발표하였다. (2013.11.22) 더불어 실험적으로 추측되어 온 계면 Dzyaloshinskii-Moriya 상호작용의 존재를 유도하고 그 크기가 스핀-궤도 토크 등과 밀접한 연관이 있음을 밝혀내었다. 이 성과는 기존에 독립적으로 알려져 있던 Chiral 현상들이 계면 스핀-궤도 상호작용을 통해 유기적으로 연관되어 있다는 점을 밝힘에 따라 초박막 자성 나노구조의 통합적인 이해를 제공하고 Chiral 현상들간의 제어 및 측정에도 큰 기여를 할 것이라 기대된다.

As nanomagnetic devices scale to smaller sizes, spin-orbit coupling due to the broken structural inversion symmetry at interfaces becomes increasingly important. Here, we study interfacial spin-orbit coupling effects in magnetic bilayers using a simple Rashba model. The spin-orbit coupling introduces chirality into the behavior of the electrons and through them into the energetics of the magnetization. In the derived form of the magnetization dynamics, all of the contributions that are linear in the spin-orbit coupling follow from this chirality, considerably simplifying the analysis. For these systems, an important consequence is a correlation between the Dzyaloshinskii-Moriya interaction and the spin-orbit torque. We use this correlation to analyze recent experiments.