具有潜在可切换 Dresselhaus 自旋劈裂的铁手性化合物

在缺乏反演对称性的材料中，能带的自旋劈裂可由相对论性自旋-轨道相互作用诱导。极性空间群对称性允许在动量空间中具有螺旋自旋纹理的 Rashba (R-1) 自旋劈裂，该劈裂可通过施加电场翻转铁电极化来反转；而普通的 Dresselhaus 效应 (D-1A) 仅活跃于表现出非极性非中心对称晶类且原子仅占据非极性晶格位点的材料中。因此，由 D-1A 诱导的自旋-动量锁定不可通过电场切换。另一种称为 D-1B 的 Dresselhaus 对称性类型，表现出与 D-1A 类似的晶类约束（所有偶极子总和为零），但与 D-1A 不同的是，至少有一个极性位点被占据。我们发现这种行为存在于一类铁手性晶体中，原则上可通过手性变化来反转。我们聚焦于碱金属硫族化合物，在非对映铁手性结构中识别出 NaCu5S3，该结构表现出 Cu 位移大小不同的 CuS3 手性单元。我们随后合成了 NaCu5S3（空间群 P6322），并通过粉末 X 射线衍射确认了其铁手性结构。我们的电子结构计算表明，它展现出 D-1B 自旋劈裂以及铁手性相变，揭示了自旋劈裂对手性的依赖性。我们的电子结构计算显示，百分之几的双轴拉伸应变可以降低（或几乎消除）分隔单畴铁手性 P6322 态的切换势垒。我们讨论了何种外部刺激可能切换手性，从而反转（非螺旋的）Dresselhaus D-1B 自旋纹理，为传统的（螺旋）Rashba 自旋纹理反转提供了一种替代方案。