Temperature-Induced Spin Current Generation via Spin Pumping. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Thesis) Thesis-Anas-Final.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 24 December 2026. Download (5MB)

Arabic Abstract

تهدف السبينترونيات إلى توليد تيارات سبينية نقية من دون توليد تيارات شحنية مرافقة. في هذه الرسالة ندرس ظاهرة ضخّ السبين، حيث تقوم مغنطة متغيّرة زمنياً بضخّ عزمٍ سبينّي إلى موصلٍ مجاور. وعلى خلاف الرنين المغناطيسي الحديدي التقليدي ، الذي يعتمد على مجال ميكروي للحفاظ على حركة دورانية، فإن نظامنا يخلو من أي إثارة ميكروية. عند درجة الحرارة صفر، تصطف المغنطة على طول اتجاه المحوري الزيني ، ولا يحدث أي ضخ، بل حتى في وجود زاوية ميل صغيرة فإن حدّ التخميد يعيد المغنطة للاصطفاف مع اتجاه المجال. نُظهر في هذا العمل أن درجة الحرارة النهائية تُمكّن عملية الضخ؛ إذ تؤدي التقلبات الحرارية إلى إزاحة المغنطة عن المحور السهل، مما يولّد حركة دورانية عشوائية تنتج عنها تيارات سبينية. نحاكي هذه الآلية باستخدام النقل الكمومي الزمني ، ونحسب ديناميكيات المغنطة عند درجات الحرارة المختلفة عبر معادلة لانداو–ليفشيتز–غيلبرت العشوائية باستخدام طريقة هيون . ومن خلال اقتران هذه المسارات المغناطيسية بعملية النقل، نقيّم التيار السبيني المضخوخ. كما نناقش تطبيقات محتملة تتعلق ببطاريات السبين، وتأثير المقاومة المغناطيسية العملاقة ، والقوام المغناطيسية الماغنونية مثل السكرميونات النابضة.

English Abstract

Spintronics seeks to generate pure spin currents without charge flow. In this thesis, we study spin pumping, where a time-dependent magnetization injects spin into an adjacent conductor. Unlike conventional ferromagnetic resonance (FMR), which uses a microwave field to keep coherent precession, our system has no microwave drive. At T=0, the magnetization aligns along +z ̂ and no pumping occurs, or even with small angle, the damping term will relax it along the magnetic field direction. We show that finite temperature enables spin pumping: thermal fluctuations tilt the magnetization away from the easy axis, creating stochastic precessions that generate spin current. We simulate this mechanism using time-dependent quantum transport (tkwant) and compute finite-temperature magnetization dynamics through the stochastic Landau–Lifshitz–Gilbert equation solved with the Heun method. Coupling these trajectories to transport, we evaluate the pumped spin current. We also discuss implications for spin batteries, GMR, and magnonic textures such as breathing skyrmions.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Physics
Department:	College of Engineering and Physics > Physics
Committee Advisor:	Abbout, Adel
Committee Members:	Bomantara, Raditya and Haider, Muhammad
Depositing User:	ANAS AL HASAN (g202314810)
Date Deposited:	25 Dec 2025 08:23
Last Modified:	25 Dec 2025 08:23
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143884