Bi$_2$Se$_3$/EuS 界面的各向异性平面霍尔效应：解析邻近诱导自旋倾斜与拓扑自旋织构的作用
介观与纳米尺度物理
2024-10-03 v2 材料科学
摘要
铁磁绝缘体 EuS 与拓扑绝缘体 BiSe 的邻近耦合被提出可打破 BiSe 表面附近的时间反演对称性，从而在表面 Dirac 锥中引入能隙或倾斜。作为逆邻近效应，拓扑表面态中存在的强自旋轨道耦合可大幅提升 EuS 铁磁性的居里温度，使其远超体块值，并产生磁各向异性。这可能导致 Eu 离子磁矩在垂直于界面的平面内发生倾斜。在此，我们从理论上研究了平面霍尔几何构型下 BiSe/EuS 界面引起的电子输运性质。我们的分析基于真实的模型哈密顿量和玻尔兹曼输运方程的半经典形式，揭示了各向异性平面霍尔电导率的不同有趣特征，这些特征取决于 Eu 磁矩倾斜的不同情形：固定的 Eu 磁矩倾斜，以及响应外部面内磁场可自由取向的 Eu 磁矩。平面霍尔电导率的各向异性源于带隙拓扑表面态的不对称 Berry 曲率。我们还探讨了 Dirac 表面态的拓扑霍尔效应，该表面态与 skyrmion 晶格耦合，而 skyrmion 晶格可由铁磁 Heisenberg 交换作用、界面 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用以及 Eu 磁矩的垂直排列相互作用而在 EuS 中产生。我们的研究为通过各向异性平面霍尔效应探测磁交换相互作用与拓扑表面态之间的复杂相互作用提供了新动力。
引用
@article{arxiv.2403.04533,
title = {Anisotropic planar Hall effects in Bi$_2$Se$_3$/EuS interfaces: Deciphering the role of proximity induced spin canting and topological spin texture},
author = {Juhi Singh and Karthik V. Raman and Narayan Mohanta},
journal= {arXiv preprint arXiv:2403.04533},
year = {2024}
}
备注
14 pages, 7 figures