通过携带内部自由度的超原子工程反磁体的自旋分裂
材料科学
2025-07-22 v1
摘要
超原子是作为新材料构建单元的稳定原子簇，因其独特的性质和2D材料组装潜力而成为具有独特机遇的材料。虽然广泛研究了其类似普通原子的特性，但其内部自由度（IDOF）的作用仍基本未被探索。与此同时，具有本征自旋分裂能带结构的补偿反磁体（AFM）已成为自旋器件的有前景的材料类别，但其实验实现，特别是二维材料的实现，仍受限。本文通过提出一种新颖策略来实现携带IDOF的超原子的自旋分裂AFM，来桥接这两个领域。我们采用简单模型阐释核心概念，表明超原子IDOF如何被用于工程化系统对称性，从而诱导AFM态的自旋分裂。我们通过对莫氏装饰的卡博罗宾石片（由closo-卡博罗烷超原子构成）进行第一性原理计算来具体说明这一策略。我们指出，卡博罗烷异构体（电偶极式和准各向异性）的IDOF对于确定结果2D超原子晶体的对称性以及随之而来的AFM态自旋分裂模式至关重要。我们的发现凸显了超原子IDOF的深远意义——这一特征在普通原子中不存在——并引入了一种新的范式，用于工程化AFM晶格的自旋分裂。本工作为基于超原子的高级自旋器件和量子材料设计开输了新途径。
引用
@article{arxiv.2507.15213,
title = {Engineering Spin Splitting in Antiferromagnets by Superatoms with Internal Degree of Freedom},
author = {Fengxian Ma and Zeying Zhang and Zhen Gao and Xiaobei Wan and Yandong Ma and Yalong Jiao and Shengyuan A. Yang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.15213},
year = {2025}
}