Contents
xiii
2.10.4 Physical Description of Spin Valve Effect . . . . . . . . . . . 61
2.11 Spin Extraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.12 Field- and Heat-Driven Spintronics Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.12.1 Field-Driven Hall Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.12.2 Heat-Driven Seebeck Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
2.13 Spin Current Measurement Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
2.14 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
2.15 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3 Giant Magnetoresistance (GMR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.1
Introduction to Magnetoresistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.2
Different Kinds of MR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.2.1 Ordinary Magnetoresistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.2.2 Magnetoresistance of Ferromagnetic Transition
Metals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.2.3 Anisotropic Magnetoresistance (AMR)
of Ferromagnetic Transition Metals . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.3
Introduction on Giant Magnetoresistance (GMR) . . . . . . . . . . . . 79
3.3.1 What Is GMR? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.3.2 How Is GMR Effect? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.4
Types of GMR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.4.1 Multilayer GMR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.4.2 Spin Valve GMR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.4.3 Pseudo-spin Valve GMR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.4.4 Granular GMR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.5
Physical Origin of GMR: Qualitative Explanation . . . . . . . . . . . . 86
3.5.1 What Is Spin-Dependent and Spin-Flip
Scattering of Electrons in Multilayers? . . . . . . . . . . . . . . 87
3.5.2 How Does Mott Model Describe GMR? . . . . . . . . . . . . 90
3.5.3 Explanation of Negative MR of Ferromagnetic
Transition Metal, Considering Spin Scattering
Mechanisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3.5.4 Explanation of GMR by Mott Model . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.6
Quantitative Explanation of GMR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.7
Magnetoresistance Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
3.7.1 Resistor Network Theory of GMR . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
3.7.2 Calculation for Ferromagnetic Configuration . . . . . . . . 96
3.7.3 Calculation for Antiferromagnetic Configuration . . . . . 97
3.8
Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.9
Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100