[科普中国]-自旋积累

当电流流经铁磁金属时形成自旋极化电流，这意味着，当电流从金属（FM）层通过欧姆接触的界面流进顺磁金属（PM）时也是自旋极化的，这个过程称为“自旋积累”。

自旋积累定义当电流流经铁磁金属时形成自旋极化电流，这意味着，当电流从FM（金属）层通过欧姆接触的界面流进顺磁金属（PM）时也是自旋极化的，这个过程称为“自旋积累”。只有存在偏压和自旋轨道耦合时量子点中才存在自旋积累，而与环中是否存在磁通无关。1

相关研究2001年，Jedema在Johnson等工作的基础上，利用电子束曝光设备，制备了纳米尺度的平面自旋阀，并首次在室温下成功的在非磁金属中探测到自旋积累。平面自旋阀，结构上通常是平面上两个铁磁条由一个非磁金属条连接而成，由于可以通过自旋注人的方法在非磁金属中产生纯自旋流而受到广泛的研究。在这种结构中，使用非局域测量方法来探测非磁金属条中的自旋积累。当电流I流过其中的一个铁磁条，并从非磁条的一端流出时，距离这个铁磁条L远处的自旋积累，可以通过测量L处另外一个铁磁条和非磁条的另外一端之间的自旋相关电压U得到。通过改变两个铁磁条的磁化方向为平行状态和反平行状态，可以得到一个电压变化量△U，该变化量与非磁条中自旋积累强度成正比。从应用的角度出发，需要高的自旋积累信号。平面自旋阀中，主要受自旋注人率以及自旋扩散长度的影响。提高自旋注入率，在增大自旋极化率的同时，也要尽可能的增大注人电流的密度。

自旋积累信号随着退火温度的升高而增大，并在500℃达到最大值。分析表明，退火可以有效的提高平面自旋阀中的铁磁/非磁金属界面处插层的平整度，进而提高平面自旋阀的界面自旋极化率；另外，可能是由于保护层改变了自旋电子的散射途径，增加了Ag中自旋电子的扩散长度。这两方面的共同作用下，有效地提高了平面自旋阀的自旋积累信号。2

Fano干涉器中的自旋积累Fano效应是一种典型的量子干涉效应，来源于一个共振过程和一个非共振过程之间的量子干涉，它的标志在于能够导致相应物理量谱线中出现Fano线型。

对于单量子点Fano干涉器结构，局域磁通的存在且磁通相因子为时，量子点中能够出现明显自旋积累，并且自旋积累的方向可以通过调节磁通来实现控制。进一步研究发现，当该结构的结构参数满足时（W为两电极间的直接耦合强度，为电极的态密度），量子点将能够完全束缚某一自旋的电子。而在由量子点链首尾均与电极耦合而形成的复杂Fano干涉器件中，自旋积累能通过改变量子点-金属线耦合的左右对称方式或在两个子环中引入不同磁通来实现，而且自旋积累性质对该结构的量子点数存在明显的依赖关系。并且，和电的方法对比，调节磁通量对于操纵自旋积累更为有效。在量子点内库仑相互作用不为零的情况下，由电的方法导致的自旋积累在一定程度上受到抑制，而由磁方法实现的自旋积累却被加强。3

本词条内容贡献者为:

张磊 - 副教授 - 西南大学