非中心对称半Heusler合金中自旋轨道耦合的效应

我们详细研究了两种代表性非极性半Heusler合金——18电子化合物CoZrBi与8电子化合物SiLiIn的自旋轨道耦合电子结构。遍历这些合金布里渊区中从高对称点到另一高对称点的过程，揭示了相关波矢的丰富局域对称性，导致在自旋轨道耦合下能带发生非平庸自旋分裂，并产生多样自旋织构。我们的第一性原理计算辅以低能 $\boldsymbol{k.p}$ 模型哈密顿量，揭示了在具 $D_{2d}$ 对称性的X点存在线性Dresselhaus效应，以及在具 $C_{3v}$ 点群对称性的L点存在含线性与非线性项的Rashba效应。有趣的是，我们还在非时间反演不变的W点辨识出非平庸Zeeman自旋分裂，以及沿 $\Gamma$ 到L路径上因波矢的非伪极性点群对称性而展现自旋极化消失的一对非简并能带。进一步对CoZrBi与SiLiIn的比较研究表明，除波矢局域对称性外，参与轨道在决定自旋分裂性质与强度中也起重要作用。我们的计算表明，含重元素的半Heusler化合物展现多样自旋织构，可能是自旋谷电子学的理想候选，其中自旋织构可通过访问高对称k点周围不同谷来调控。