利用自旋极化与 Kagome 面相互作用实现 Mn3Sn 的确定性自旋轨道转矩翻转

先前研究已展示 Mn3Sn 的自旋轨道转矩（SOT）翻转，其中自旋极化位于 kagome 面内（构型 I）。然而，临界电流密度（$J_{crit}$）大得不切实际（$J_{crit}$=$10^{14}$ A/$m^2$）且独立于外场（$H_{ext}$）。稳定磁态也依赖于初始态。这些特征与那些研究中所声称的铁磁体（FM）翻转方案相矛盾，因此需要其他解释。另一种情况下，自旋极化垂直于 kagome 面的体系（构型 II）更类似基于 FM 的体系，因为自旋极化正交于所有磁矩。本文中，我们展示了构型 II 下 Mn3Sn 的 SOT 翻转。与 FM 类似，$J_{crit}$ 和 $H_{ext}$ 分别处于 $10^{10}$ A/$m^2$ 与数百 Oersted 量级。翻转结果亦与初始态无关。有趣的是，Mn3Sn 独特的自旋结构也导致其与 FM 体系不同的特征。我们证明 $J_{crit}$ 随 $H_{ext}$ 线性增加，外推给出无场翻转体系的超低 $J_{crit}$。此外，翻转极性与 FM 相反。我们还提供了翻转相图作为实验演示的指南。我们的工作对两种构型下的翻转机制提供了全面理解。本文提出的翻转方案在现实自旋电子学应用中更具优势。我们也清晰揭示了 FM 与非共线反铁磁翻转之间的根本差异。