中心对称低原子序数反铁磁体中的巨动量依赖自旋分裂

固体的能量-晶格动量 E(k) 图(能带结构)构成了导航其光学、磁学和输运性质的路线图。通过选择具有特定原子类型、组成和对称性的晶体,人们可以设计目标能带结构从而获得所需性质。一个特别有吸引力的结果是设计出自旋分量发生分裂且分裂依赖于动量的能带,正如 Pekar 和 Rashba [Zh. Eksperim. i Teor. Fiz. 47 (1964)] 所设想的,从而能够实现自旋电子学应用。本文提供了波矢依赖的自旋分裂(SS)的“设计原理”,它平行于传统的 Dresselhaus 和 Rashba 自旋轨道耦合(SOC)——诱导分裂,但源于根本不同的来源——反铁磁性。我们利用磁对称设计原理确定了几种具有不同 SS 模式的通用反铁磁(AFM)原型。这些工具也允许识别具有属于不同原型的 SS 的具体 AFM 化合物。通过一个具体化合物——中心对称四方 MnF2——并借助密度泛函能带结构计算,定量地阐明了一类 AFM SS。与局限于非中心对称晶体的传统 SOC 诱导效应不同,我们表明反铁磁诱导的自旋分裂将适用范围扩大到甚至包含中心对称化合物,并且即使没有 SOC 也能给出与已知最佳(“巨”)SOC 效应量级相当的 SS,因此不依赖于高 SOC 所需且常不稳定的高原子序数元素。我们设想,利用当前设计原理来识别具有自旋分裂能带的最优反铁磁体,将有益于高效的自旋-电荷转换与自旋轨道转矩应用,且无需依赖含重元素的化合物。