게이지 변환을 이용한 스핀-궤도 돌림힘, 비정상 홀 효과, 그리고 스핀 홀 효과의 이해

고동욱; 이현우

doi:10.4283/JKMS.2017.27.5.185

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자료유형: 학술저널

저자정보: 고동욱 (포항공과대학교) 이현우 (포항공과대학교)

저널정보: 한국자기학회 한국자기학회지 한국자기학회지 제27권 제5호

발행연도: 2017.10

수록면: 185 - 189 (5page)

DOI: 10.4283/JKMS.2017.27.5.185

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이 논문에서 우리는 2-밴드 모델에 대해 라쉬바 상호작용과 같은 스핀-운동량 결합이 있을 때 나타나는 여러 효과들을 게이지 변환을 이용해 통합적으로 이해하는 방법을 소개한다. 불순물이 없을 때 외부에서 전기장을 걸어주면 전자의 분포함수의 변화는 없기 때문에 파동함수의 변화만 기술하면 되는데, 우리는 이 효과를 간단한 유니타리 변환으로 기술할 수 있다. 그런데 이 변환은 운동량과 스핀에 의존하기 때문에 위치 연산자와 스핀 연산자는 자연스럽게 게이지 구조를 갖는다. 따라서 스핀-궤도 돌림힘은 스핀 연산자의 게이지 효과로써, 비정상 홀 효과는 위치 연산자의 게이지 효과로 이해할 수 있고, 스핀 홀 효과는 두 게이지 효과가 함께 적용된 결과로 이해할 수 있다. 또한, 우리는 이 결과를, 자성체 박막의 성질을 기술할 때 흔히 사용되는 라쉬바 상호작용과 s-d 교환 상호작용이 함께 있는 경우의 이론 모델에 적용한 결과를 소개한다.

#gauge transformation #spin-orbit torque #anomalous Hall effect #spin Hall effect #게이지 변환 #스핀-궤도 돌림힘 #비정상 홀 효과 #스핀 홀 효과

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