Interfacial Spin-Flip-Generated Adiabatic Quantum Pumping Effects = 계면에서의 스핀-뒤집힘으로 인한 점진-근사적 양자펌핑 현상

국문 초록 (Abstract)

이 박사 논문은 점진-근사적 양자 펌핑 현상과, 계면에서의 스핀-뒤집힘 포텐셜이 존재할때 세차운동하는 자화가 만들어내는 펌핑 전류에 대하여 이론적으로 연구하였습니다. 세차운동하는 자화는 스핀 전류를 만들어낸다고 알려져 있는데, 이것은 주위 물질에 스핀 각운동량을 전달합니다. 스핀-보존계에서, 펌핑된 전류는 전하 전류를 동반하지 않는 순수 스핀 전류만을 펌핑한다고 알려져 있습니다. 하지만 스핀이 보존되지 않을 수 있는 스핀-비보존계에서는, 이것이 일반적으로 사실이 아닙니다. 최근 실험에서는 이런 스핀-비보존계에서 자주 조사되고 있지만, 여전히 기존의 스핀 펌핑이론을 이용하여 스핀의 비-보존성을 고려하지 않고 새로운 실험 결과들을 분석하고 있습니다. 이 논문에서는 계면에서의 스핀-뒤집힘 포텐셜로 인해 펌핑된 전류에 대해 연구했습니다. 우리는 일반화된 믹싱 컨덕턴스로 펌핑된 전류에대한 해석학적인 표현식을 찾았으며, 일반적인 스핀-비보존계에서 펌핑된 전하 전류는 사라지지 않는다는 것을 보였습니다. 또한 우리는 이 계면 스핀-뒤집힘 포텐셜이 만드는 펌핑 전류가 일반화된 자기회로이론의 일반화된 스핀 믹싱 컨덕턴스 텐서로 표현될 수 있다는 것을 보였습니다. 마지막으로, 우리는 다양한 시스템 파라미터에 대한 전하-믹싱 컨덕턴스의 변화를 수치적인 계산을 통해 보였습니다.

이 논문의 나머지는 세가지 챕터로 이루어져 있습니다. 챕터 2는 이론적인 배경들을 소개하는데, 이 이론들은 이어지는 챕터들에서 자주 쓰이게 됩니다. 챕터 3과 4에서는 계면 스핀-뒤집힘 포텐셜로 인해 펌핑된 전류에 대해 연구합니다. 챕터 3에서 우리는 산란 행렬 접근법과 점진-근사적 양자 펌핑 이론에 대해 연구합니다. 챕터 4에서는 그린 함수 방법을 사용하여 펌핑되는 전자 전류에 대하여 연구하였습니다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This doctoral dissertation examines theoretically the adiabatic quantum pumping effect and corresponding pumped currents induced by a precessing magnetization in the presence of an interfacial spin-flip potential. Precessing magnetization is known to generate spin currents, which transfer a spin angular momentum to adjacent materials. In spin-conserving systems, the pumped currents are known to carry pure spin currents, which are not accompanied by pumped charge currents. However in spin-nonconserving systems, where the spin may not be conserved, this statement is not generally true. Recent experiments are frequently investigating such spin-nonconserving systems, but the conventional spin pumping theory that neglects the spin non-conservation is still widely used to analyze experiments. In this thesis, the pumped currents generated by an interfacial spin-flip potential are studied. We find the analytic expression for the pumped currents in terms of generalized mixing conductances, and show that pumped charge currents do not vanish in general spin-nonconserving systems. We show that the pumped charge current generated from the interfacial spin-flip potential can be understood in the context of the generalized spin conductance tensors suggested from the generalized magnetoelectronic circuit theory. Lastly, we present numerical calculations of various system parameter dependences of the charge-mixing conductance.

The rest of this thesis consists of three main chapters. Chap. II introduces theoretical backgrounds, which are frequently utilized in the subsequent chapters. In Chaps. III and IV, the pumped currents induced by the interfacial spin-flip potential are studied. In Chap. III, we study the pumped currents using the scattering approach and adiabatic quantum pumping theory. In Chap. IV, the Green’s function approach is used to study the pumped charge current.