Electron-magnon coupling with anisotropic ferromagnets

Abstract

Heterostrukturer, der to eller flere materialer er koblet sammen, har mottatt interesse på grunn av superledningsevnene deres. Spesielt har det blitt vist at antiferromagnetiske isolatorer (AFMIer) koblet til normale metall (NM) skaper sterkere magnonformidlet elektron-elektron (e-e) vekselvirkning på grunn av skvising av magnonene. De skviste magnonene oppnås ved å anisotropisk koble AFMIen til NMet. Skviste magnoner kan også oppnås ferromagnetiske isolatorer (FMIer) via en anisotropisk exchange vekselvirkning. Virkningen av de skviste magnonene på e-e vekselvirkningen er ikke visst.

Denne oppgaven studerer e-e vekselvirkningen i en FMI-NM heterostruktur ved å bruke BCS-modellen. Mer spesifikt blir effekten av å skvise FMI-magnonene studert, så vel som effekten av å legge til et sekundært lag til FMIen. Det ble vist at skvising av magnonene leder til spinn-triplet vekselvirkninger, som også blir undersøkt. Spinn-triplet vekselvirkningen ble funnet til å være 1% av styrken til spinn-singlet vekselvirkningen, noe som gjør dem neglisjerbar med tanke på heterostrukturens superledningsevne. Det ble vist at å legge til et lag til FMIen reduserer styrken til vekselvirkningene, og at en sterkere kobling mellom de to lagene videre svekker vekselvirkningene. Når anisotropien blir variert, slik at skvisingen blir variert, ble det vist at spinn-triplet vekselvirkningen økte i styrke med mer anisotropi. Men spinn-singlet vekselvirkningen blir påvirket av den totale mengden av exchange vekselvirkning heller enn mengden anisotropi. Vekselvirkninger som sprer elektroner til første og fjerde kvadrant av Fermiflaten øker i styrke med økende exchange vekselvirkning, mens den synker i styrke når spredningen skjer til andre og tredje kvadrant av Fermiflaten. Denne effekten var lik for både ett og to lag av FMIen.

Heterostructures, where two or more materials are interfacially coupled together, have been gaining interest due to their superconducting properties. In particular, antiferromagnetic insulators (AFMIs) coupled to normal metals (NMs) have been shown to create a stronger magnon mediated electron-electron (e-e) interaction through squeezing of the magnons. The squeezed magnons are achieved by anisotropically coupling the AFMI to the NM. Squeezed magnons are achievable in ferromagnetic insulators (FMIs) through an anisotropic exchange interaction as well. However, the effect of squeezing on the e-e interaction is not known.

This paper studies the e-e interaction in a FMI-NM heterostructure using the BCS model. In particular, the effect of squeezing the FMI-magnons is studied, as well as the effect of adding a second layer to the FMI. It was shown that squeezing of magnons leads to additional spin-triplet interactions that are studied as well. The spin-triplet interaction is found to be 1% the strength of the spin-singlet interaction, making them negligable as contributors to the superconductivity of the heterostructure. It was shown that adding a second layer to the FMI reduces the strength of the interactions, and that a stronger coupling between the two FMI layers further weakens the interactions. When varying the amount of anisotropy in the system, thus varying the amount of squeezing, it was shown that the spin-triplet interaction grew in strength with more anisotropy. However, the spin-singlet interaction is affected by the total amount of exchange interaction rather than the amount of anisotropy. Interactions scattering the electrons into the first and fourth quadrant of the Fermi surface increased in strength with increasing exchange interaction, while it decreased in strength when scattering into the second and third quadrants of the Fermi surface. This effect was the same for both one and two layers of the FMI.