journal article·2023

Spin transfer torques due to the bulk states of topological insulators

James H. Cullen, Rhonald Burgos Atencia, Dimitrie Culcer

Nanoscale· Volume 15· Issue 18
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Abstract

(STT) due to the inhomogeneity of the magnetisation in the vicinity of the interface. This spin transfer torque, which has not been considered in TIs in the past, is somewhat unconventional since it arises from the interplay of the bulk TI spin-orbit coupling and the gradient of the monotonically decaying magnetisation inside the TI. Whereas we consider an idealised model in which the magnetisation gradient is small and the spin transfer torque is correspondingly small, we argue that in real samples the spin transfer torque should be sizable and may provide the dominant contribution due to the bulk states. We show that an experimental smoking gun for identifying the bulk states is the fact that the field-like component of the spin transfer torque generates a spin density with the same size but opposite sign for in-plane and out-of-plane magnetisations. This distinguishes them from the surface states, which are expected to give a spin density of a similar size and the same sign for both an in-plane and out-of-plane magnetisations.
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Research context

OpenAlex topics: Magnetic properties of thin films · Topological Materials and Phenomena · Quantum and electron transport phenomena

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

School of Physics, The University of New South Wales, Sydney 2052, Australia

Facultad de Ingenierías, Departamento de Ciencias Básicas, Universidad del Sinú, Cra.1w No. 38-153, 4536534, Montería, Córdoba 230002, Colombia

Funding

Australian Research Council

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