13、自旋转移扭矩：多尺度视角下的深入解析

自旋转移扭矩：多尺度视角下的深入解析

1. 含空位结的电子传输特性

在某些结中，当第二分子层存在氧空位（Vo）时，情况与理想结有很大不同。由于空位不具有自旋极化特性，在特定能量下通过空位态的电子，其自旋向上（↑）和自旋向下（↓）的Δ1态密度大致相同。在靠近Vo的结左侧，自旋向上和自旋向下的Δ1态态密度（DOS）都很大。而在结右侧，对于平行（P）配置，自旋向上的Δ1态贡献比自旋向下大得多。因此，P↑传输情况与理想结相似，而P↓传输情况则类似于理想结在反平行（AP）排列时的情况。对于有缺陷结的AP排列，情况则相反，较大的传输来自自旋向下，且其大小与P↑传输相似；而AP↑传输大小与理想结的AP传输相似。

由此可以得出结论，有缺陷结在AP配置下传输增强是由空位处Δ1态的去极化引起的。如果空位靠近Fe/MgO界面，会导致界面处有效去极化；若空位位于结的中间，由于态需要从两个界面隧穿到空位处，而界面处Δ1态DOS较小，这种影响就不太明显，但此时隧穿磁电阻（TMR）同样会降低。

2. 非平衡格林函数（NEGF）中的电流与扭矩

2.1 自旋电流的计算形式

在对表征读取操作的TMR进行广泛讨论后，接下来关注与写入操作相关的自旋扭矩。作用在磁性层上的扭矩可通过计算该层左右两侧自旋电流的差值得到。基于NEGF，从第一性原理出发，可建立用于计算非共线系统中自旋电流的通用形式。

NEGF哈密顿量可通过密度泛函理论（DFT）或经验紧束缚（TB）模型，投影到局域轨道基组上得到。单粒子哈密顿量H和密度矩阵ρ可表示为自旋相关部分和自旋无关部分之和：
[
\begin{align }
H &= H_0