Soutenance de thèse de NING Xiaobai
Titre de thèse
Approches par liaisons fortes du couple de spin-orbite dans les multicouches métalliques
Tight-Binding approaches to spin-orbit torques in metallic multilayers
Résumé de la thèse
L'étude de l'orbitronique inspire de nouveaux mécanismes pour la manipulation des dispositifs spintroniques conventionnels. Dans cette thèse, nous développons des modèles théoriques pour décrire le transport des courants orbitaux dans des structures orbitroniques typiques. Nous dérivons d'abord les expressions des diffusivités liées à l'orbitale à partir de l'équation de Keldysh-Dyson de la méthode de la fonction de Green hors d'équilibre. En utilisant l'approche tight-binding, des Hamiltoniens de saut de type Slater-Koster sont ensuite construits afin de calculer les propriétés de transport orbital de certains métaux en phase solide. Ensuite, des équations de dérive-diffusion sont établies pour une structure bilayer composée d'une couche ferromagnétique et d'une couche de métal normal. Les canaux de spin et d'orbitale sont pris en compte, étant couplés via le couplage spin-orbite. La résolution des équations de dérive-diffusion conduit aux expressions analytiques du couple orbital. Des simulations numériques montrent les profils de courant et de densité, ainsi que la dépendance à l'épaisseur du couple orbital. Enfin, nous étudions la structure bilayer d'un émetteur terahertz orbitronique par une approche diffusives. Des expressions dépendantes de l'épaisseur du signal THz sont développées pour ajuster à la fois la longueur de diffusion du spin et celle de l'orbitale.
Thesis resume
The study of orbitronics inspires novel mechanisms for the manipulation of conventional spintronic devices. In this thesis, we develop theoretical models to describe the transport of orbital currents in typical orbitronic structures. We first derive the expressions for the orbital-related diffusivities using the Keldysh-Dyson equation of the non-equilibrium green function method. Using the tight-binding approach, Slater-Koster hopping Hamiltonians are then constructed to calculate the orbital transport properties of selected bulk metals. Next, drift-diffusion equations are written for a bilayer structure consisting of a ferromagnetic layer and a normal metal layer. Both spin and orbital channels are considered, which are connected through spin-orbit coupling. Solving the drift-diffusion equations gives rise to the analytical expressions of the orbital torque. Numerical simulations show the current and density profiles, as well as thickness dependence of the orbital torque. Finally, we study the bilayer structure of orbitronic terahertz emitter by a diffusive approach. Thickness-dependent expressions of the THz signal are developed to fit both the spin diffusion length and the orbital diffusion length.