手性拓扑半金属中可控的轨道角动量单极子
强关联电子
2023-11-23 v1
摘要
新兴的轨道电子学（orbitronics）领域旨在生成并控制电子轨道角动量（OAM）电流以用于信息处理。结构手性拓扑晶体可能尤为适合作为轨道电子学材料，因为据预测其在倒易空间具有作为 OAM 单极子的拓扑能带简并。在此类单极子周围，OAM 同向位地平行或反平行于电子动量方向，这可用于生成大而可控的 OAM 电流。然而，OAM 单极子尚未在手性晶体中被直接观测到，且未发现控制其极性的手段。在此，我们利用角分辨光电子能谱的圆二色性（CD-ARPES）在手性拓扑半金属 PtGa 与 PdGa 中成像 OAM 单极子。此外，我们还通过分别在 PdGa 的两种对映体中成像 OAM 单极子与反单极子，证明了单极子极性可通过宿主晶体的结构手性来控制。在我们研究使用的大多数光子能量下，沿光方向比较正负动量时，我们在拓扑简并附近的 CD-ARPES 谱中观察到符号变化。这与 CD-ARPES 测量 OAM 单极子沿光子动量投影的传统观点一致。然而，对某些光子能量，该符号变化消失，这可由我们的数值模拟理解为极性原子 OAM 贡献的干涉，与 OAM 单极子的存在一致。我们的结果凸显了手性晶体在轨道电子学器件应用中的潜力，且我们的方法学可促成发现更复杂的节线 OAM 织构以供轨道电子学利用。
引用
@article{arxiv.2311.13217,
title = {Controllable orbital angular momentum monopoles in chiral topological semimetals},
author = {Yun Yen and Jonas A. Krieger and Mengyu Yao and Iñigo Robredo and Kaustuv Manna and Qun Yang and Emily C. McFarlane and Chandra Shekhar and Horst Borrmann and Samuel Stolz and Roland Widmer and Oliver Gröning and Vladimir N. Strocov and Stuart S. P. Parkin and Claudia Felser and Maia G. Vergniory and Michael Schüler and Niels B. M. Schröter},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.13217},
year = {2023}
}
备注
16 pages, 8 figures