1. Движение доменных стенок спин-поляризованным током.

Идея о том, что с помощью спин-поляризованного тока можно управлять магнитной конфигурацией многослойной магнитной системы, была первоначально разработана для случая однородно намагниченных слоев [12, 19]. Но эта идея может быть обобщена и на случай систем с магнитной неоднородностью [20], что подтолкнуло как теоретиков, так и экспериментаторов исследовать вопрос о движении доменных границ под действием спин-поляризованного тока в тонких магнитных пленках.

В нескольких работах было исследовано взаимодействие доменных стенок со спин-поляризованным током [21 – 23]. Были вычислены токи, необходимые для начала движения доменной границы. Плотности токов составили 10⁴ – 10⁸ А/см² в зависимости от механизма движения. Недавно был проведен эксперимент по изучению движения доменных границ в пермаллоевых нанопроволоках [24]. Значения плотности тока, при которых начиналось перемещение доменных границ, получилось порядка 10⁶ – 10⁷ А/см², что совпадает с теоретическими расчетами. Это достаточно большие значения токов, поэтому промышленные применения эффекта перемагничивания многослойных магнитных структур спин-поляризованным током требуют новых теоретических и экспериментальных исследований, в частности поиска новых материалов и методов.

Известно, что для доменных стенок с шириной, достаточно большой (100 нм) по сравнению с характерными расстояниями, описывающими взаимодействие спина электрона с локальной намагниченностью в доменной стенке, может быть использовано адиабатическое приближение. В этом приближении предполагается, что спины электронов следуют за ориентацией локальной намагниченности, и спиновый торк не возникает (точнее, возникает небольшой торк, пропорциональный пространственной производной намагниченности [25]).

Хотя адиабатическое приближение применимо к достаточно гладким неоднородностям, в некоторых случаях оно не работает, например, в узких доменных стенках (~ 10 нм), поскольку в них возникает неадиабатический эффект.

Рассмотрим принципиальную схему движения доменных стенок, находящихся в тонких пленках (~ 1 нм) с поперечным сечением ~ 100 (10) нм, под действием спин-поляризованного тока. В экспериментах было обнаружено, что при пропускании электрического тока такие доменные стенки могут прийти в движение.

Механизм этого явления состоит в следующем [26]:

1. При движении через узкую доменную стенку, спин электрона не успевает адаптироваться к направлению локальной намагниченности. В результате спин составляет некоторый угол с этим направлением (см. Рис. 9а). Таким образом, в каждой точке доменной стенки спин электрона обладает небольшой поперечной компонентой относительно направления локальной намагниченности.

2. Теперь, если учесть явление переноса спина, можно сделать вывод о том, что данная поперечная компонента будет передаваться локальной намагниченности (см. Рис. 9б). Это приведет к движению доменной стенки в направлении движения электронов.

В заключение следует отметить, что практический интерес к данному явлению стимулируется успехами и проблемами в области создания MRAM. Планируется, что с помощью движения доменных стенок спин-поляризованным током будет возможно реализовать переключение магнитной памяти. Это позволит значительно упростить ячейку MRAM и добиться уменьшения энергии перезаписи в несколько раз по сравнению с существующими конструкциями.

А)

б)

Рис. 9. Движение доменной стенки под действием спин-поляризованного тока [26].

а) при прохождении электронов через достаточно узкую доменную стенку спины электронов (белые стрелки) с опозданием адаптируются к направлению локальной намагниченности (черные стрелки); б) неравновесная поперечная компонента спина носителей (белые стрелки) передается магнитным моментам внутри доменной стенки (черные стрелки), что приводит к движению доменной стенки.

Как было сказано выше, в системах с магнитными неоднородностями, такими как, например, узкая доменная стенка, происходят неадиабатические процессы. Эти процессы, удобно исследовать в системе, состоящей из двух прилегающих друг к другу слоев, один из которых намагничен однородно, а другой представляет собой доменную стенку или спиновую спираль.

В данной работе развивается квазиклассическая теория спинового транспорта в системе ферромагнетик/спиновая спираль.