journal article·2018-08Open access

Theory of the anomalous tunnel hall effect at ferromagnet-semiconductor junctions

T. Huong Dang, D. Quang To, E. Erina, T.L. Hoai Nguyen, V.I. Safarov, H. Jaffrès, H.-J. Drouhin

Abstract

We report on theoretical investigations of carrier scattering asymmetry at ferromagnet-semiconductor junctions. By an analytical $2\times 2$ spin model, we show that, when Dresselhaus interactions is included in the conduction band of III-V $T_d$ symmetry group semiconductors, the electrons may undergo a difference of transmission vs. the sign of their incident parallel wavevector normal to the in-plane magnetization. This asymmetry is universally scaled by a unique function independent of the spin-orbit strength. This particular feature is reproduced by a multiband $\mathbf{k}\cdot \mathbf{p}$ tunneling transport model. Astonishingly, the asymmetry of transmission persists in the valence band of semiconductors owing to the inner atomic spin-orbit strength and free of asymmetric potentials . We present multiband $14\times 14$ and $30\times 30$ $\mathbf{k}\cdot \mathbf{p}$ tunneling models together with tunneling transport perturbation calculations corroborating these results. Those demonstrate that a tunnel spin-current normal to the interface can generate a surface transverse charge current, the so-called Anomalous Tunnel Hall Effect.
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Research context

OpenAlex topics: Quantum and electron transport phenomena · Magnetic properties of thin films · Semiconductor materials and devices

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References (46)

Show source-provided references
1. Dyakonov · Pis’ma Zh. Eksp. Teor. Fiz. · 1971 · 13 · 657
2. Dyakonov · Phys. Lett. A · 1971 · 35 · 45910.1016/0375-9601(71)90196-4 ↗
3. Sinova · Phys. Rev. Lett. · 2004 · 92 · 12660310.1103/PhysRevLett.92.126603 ↗
4. Kato · Science · 2004 · 306 · 191010.1126/science.1105514 ↗
5. Wunderlich · Phys. Rev. Lett. · 2005 · 94 · 04720410.1103/PhysRevLett.94.047204 ↗
6. Valenzuela · Nature · 2006 · 442 · 17610.1038/nature04937 ↗
7. Liu · Phys. Rev. Lett. · 2012 · 109 · 09660210.1103/PhysRevLett.109.096602 ↗
8. Miron · Nat. Mat. · 2010 · 9 · 23010.1038/nmat2613 ↗
9. Garello · Nat. Nano · 2013 · 8 · 58710.1038/nnano.2013.145 ↗
10. Rojas · Phys. Rev. Lett. · 2014 · 112 · 10660210.1103/PhysRevLett.112.106602 ↗
11. Rylkov · Phys. Rev. B · 2017 · 95 · 14420210.1103/PhysRevB.95.144202 ↗
12. Jamet · Nat. Mat. · 2006 · 5 · 65310.1038/nmat1686 ↗
13. Huong Dang · Phys. Rev. B · 2015 · 92 · 060403(R)10.1103/PhysRevB.92.060403 ↗
14. Matos-Abiague · Phys. Rev. Lett. · 2015 · 115 · 05660210.1103/PhysRevLett.115.056602 ↗
15. Ganichev · 2016
16. Bychkov · Sov. Phys. JETP Lett. · 1984 · 39 · 78
17. Gambardella · Philos. Trans. R. Soc. A · 2011 · 369 · 317510.1098/rsta.2010.0336 ↗
18. Rojas Sánchez · Nat. Commun. · 2013 · 4 · 294410.1038/ncomms3944 ↗
19. Lesne · Nat. Mater. · 2016 · 15 · 126110.1038/nmat4726 ↗
20. Oyarzun · Nat. Comm. · 2016 · 7 · 1385710.1038/ncomms13857 ↗
21. Avci · Nat. Phys. · 2015 · 11 · 57010.1038/nphys3356 ↗
22. Olejnik · Phys. Rev. B · 2015 · 91 · 180402(R)10.1103/PhysRevB.91.180402 ↗
23. Yasuda · Phys. Rev. Lett. · 2016 · 117 · 12720210.1103/PhysRevLett.117.127202 ↗
24. Alekseev · JETP Lett. · 2010 · 92 · 78810.1134/S0021364010240021 ↗
25. Perel’ · Phys. Rev. B · 2003 · 67 · 201304(R)10.1103/PhysRevB.67.201304 ↗
26. Tarasenko · Phys. Rev. Lett. · 2004 · 93 · 05660110.1103/PhysRevLett.93.056601 ↗
27. Ivchenko · Phys. Rev. B · 1996 · 54 · 585210.1103/PhysRevB.54.5852 ↗
28. Pfeffer · Phys. Rev. B · 1999 · 59 · R5312(R)10.1103/PhysRevB.59.R5312 ↗
29. Durnev · Phys. Rev. B · 2014 · 89 · 07543010.1103/PhysRevB.89.075430 ↗
30. Dresselhaus · Phys. Rev. · 1955 · 100 · 58010.1103/PhysRev.100.580 ↗
31. D’yakonov · Zh. Eksp. Teor. Fiz. · 1971 · 60 · 1954
32. Sov. Phys. JETP 33 (1971) 1053.
33. Jullière · Phys. Lett. · 1975 · 54A · 22510.1016/0375-9601(75)90174-7 ↗
34. Slonczewski · Phys. Rev. B · 1989 · 39 · 699510.1103/PhysRevB.39.6995 ↗
35. Petukhov · Phys. Rev. Lett. · 2002 · 89 · 10720510.1103/PhysRevLett.89.107205 ↗
36. Elsen · Phys. Rev. Lett. · 2007 · 99 · 12720310.1103/PhysRevLett.99.127203 ↗
37. Hoai Nguyen · Phys. Rev. B · 2009 · 79 · 16520410.1103/PhysRevB.79.165204 ↗
38. Drouhin · Phys. Rev. B · 2011 · 83 · 11330710.1103/PhysRevB.83.113307 ↗
39. Bottegoni · Phys. Rev. B · 2012 · 85 · 23531310.1103/PhysRevB.85.235313 ↗
40. Jancu · Phys. Rev. B · 2005 · 72 · 19320110.1103/PhysRevB.72.193201 ↗
41. Cardona · Phys. Rev. B · 1988 · 38 · 180610.1103/PhysRevB.38.1806 ↗
42. Pfeffer · Phys. Rev. B · 1990 · 41 · 156110.1103/PhysRevB.41.1561 ↗
43. Richard · Phys. Rev. B · 2004 · 70 · 23520410.1103/PhysRevB.70.235204 ↗
44. Alekseev · Phys. Rev. B · 2014 · 89 · 15530610.1103/PhysRevB.89.155306 ↗
45. Stewart · Phys. Rev. B · 2003 · 68 · 01443310.1103/PhysRevB.68.014433 ↗
46. de Aguiar · Phys. Rev. A · 1993 · 48 · 256710.1103/PhysRevA.48.2567 ↗