[科普中国]-自旋霍尔角

自旋流与电荷流的比值被定义为自旋霍尔角，它反映的是电荷流与自旋流之间的转化效。自旋轨道作用越强，自旋霍尔角越大。

自旋霍尔角定义对于自旋霍尔效应，电荷流密度，自旋流密度、自旋取向之间的关系为：

对于逆自旋霍尔效应，则为：

其中，叫做自旋霍尔角，表征了电荷流与自旋流相互转换的效率。自旋轨道作用越强，自旋霍尔角越大。1

自旋霍尔效应“量子自旋霍尔效应”是指找到了电子自转方向与电流方向之间的规律，利用这个规律可以使电子以新的姿势非常有序地“舞蹈”，从而使能量耗散很低。

量子自旋霍尔态是一种全新的物质状态。凝聚态理论通常根据对称性破缺原理来对物质状态进行分类。量子自旋霍尔态和量子霍尔态是属于无自发对称性破缺的物质状态，与普通物质状态大为不同。而量子自旋霍尔态与量子霍尔态的不同之处就在于，它不需要外加磁场，因此还保持了时间反演对称性。

自旋转移力矩本质上是自旋流中传导电子与局域磁化强度的相互作用。自旋流的自旋转移力矩不仅可以使磁化强度翻转，还可使之进动。既然自旋流可以使磁化强度变化运动，那么很容易想到可能存在其逆过程：铁磁层中变化运动的磁化强度向相邻的非磁层发射自旋流。

铁磁F/非磁N双层膜中铁磁层磁化强度进动时，自旋角动量向非磁层中转移，也就是向非磁层中注入一纯自旋流，称之为自旋泵浦效应。

自旋霍尔角的机制自旋流与电荷流的比值被定义为自旋霍尔角，它反映的是电荷流与自旋流之间的转化效。电荷流与自旋流之间的转化是自旋取向相反的电子由于自旋轨道耦合作用受到杂质或者缺陷的非对称散射导致。因此自旋霍尔角的本质是自旋轨道耦合作用下的自旋相关散射。自旋霍尔角的机制即自旋散射机制包含基于能带结构的内享机制和基于杂质散射的外享机制。

自旋霍尔角的计算自旋霍尔角的准确获得，需要确保得到的直流共振电压信号是来自于自旋泵浦。图显示的是YIG/Pt中自旋泵浦信号幅度随角度的变化关系。图中的圆圈是实验测量的数据，测量时，磁矩的进动是由10GHz，40 mW的微波驱动的。图中的实线是用sin函数拟合的拟合曲线。两者很好地符合，表明测量的电压信号是自旋泵浦信号。2

本词条内容贡献者为:

陈红 - 副教授 - 西南大学