自旋電子學中最引人注目的發現之一是不尋常的磁阻（UMR）。結果，當重金屬放置在磁絕緣體附近時，其電阻會發生變化，並且磁化方向在垂直於電流流動的平面內旋轉。這種行為在自旋霍爾磁阻 (SMR) 概念的形成中發揮了關鍵作用，這成為 UMR 的主要解釋。隨著時間的推移，SMR 已被廣泛用於解釋多種類型實驗的結果，包括磁阻測量、鐵磁自旋矩共振、霍爾諧波電壓研究、磁場傳感器以及磁化強度或尼爾矢量的切換。
隨著他們進行更多的實驗，研究人員發現了一些令人驚訝的事情。 UMR 出現在幾乎所有磁系統中，即使在不存在自旋霍爾材料的情況下也是如此。在 SMR 理論不明確適用的系統（例如沒有自旋霍爾效應的系統）中也檢測到了該效應。為了解決這些不一致的問題，科學家們提出了越來越多的涉及自旋流或相關效應的替代解釋。這些包括 Rashba-Edelstein MR、自旋軌道 MR、霍爾異常 MR、霍爾 MR 軌道、晶體對稱 MR、Rashba-Edelstein 軌道 MR 和 Hanle MR。每一個都旨在解釋在特定實驗設置中觀察到的“類似 SMR”信號。
生成新的實驗響應
近日，中國科學院半導體研究所朱立軍教授和香港中文大學王向榮教授提出了明確的實驗證據，表明通用UMR的另一個起源。他們的工作表明，這種效應是由電子在界面處的散射方式引起的，這種散射是由界面處的磁化強度和電場控制的。這個過程被稱為二矢量磁阻。至關重要的是，這種解釋不依賴於自旋流，這消除了以前模型中遇到的許多複雜問題。
他們的實驗表明，即使在單層磁性金屬中也可能出現非常大的 UMR 信號。他們還發現，該效應包括更高階的貢獻並遵循通用總和規則。所有這些觀察結果都與雙矢量 MR 模型的預測一致，無需調用基於自旋流的機制。
重新解釋數十年的實驗數據
研究人員還對之前的研究進行了嚴格的審查。這項重新分析表明，許多曾經歸因於自旋霍爾磁阻或其他自旋電流相關機制，甚至不相關機制的實驗效應，可以使用雙矢量 MR 框架進行連貫地解釋。此外，他們還強調了一些實驗和理論發現，這些發現與基於自旋電流的 MR 模型直接矛盾，但可以通過雙矢量方法自然地解釋。
挑戰舊理論
總之，這些結果對長期接受的 SMR 理論提出了嚴峻的挑戰。他們首次對雙矢量磁阻模型進行了強有力的實驗證實，並為 UMR 建立了獨特且通用的物理解釋。因此，這項工作提供了一種更簡單、更廣泛的方法來理解各種自旋電子系統中的磁阻。
這項研究最近以“通用異常磁阻的物理起源”為題發表在《國家科學評論》上。
