PrGe 拓扑表面的巨大 Rashba 效应揭示反铁磁自旋电子学
材料科学
2016-09-22 v2
摘要
磁性材料中的 Rashba 自旋 - 轨道分裂为自旋电子学领域开辟了新的视角。在此，我们报道了在顺磁相中 PrGe [010] 表面上存在的巨大 Rashba 型自旋 - 轨道效应，其 Rashba 系数 {\alpha}_R=5 eV{\AA}。在从顺磁相到反铁磁相（44 K）以及从反铁磁相到铁磁基态（41.5 K）的相变过程中，观察到电子能带结构发生了显著变化。我们发现 PrGe 中的 Pr 4f 态在费米能级附近与 Pr 5d 和 Ge 4s-4p 态强烈杂化。Rashba 效应在 和 方向上的表现不同，分别显示出类电子和类空穴能带。顺磁相中 Rashba 效应的可能起源与该系统中存在的反平行自旋极化有关。对具有反平行自旋的 Pr 终止表面进行的第一性原理密度泛函计算与实验结果吻合良好。我们发现反平行自旋与晶格强烈耦合，使得 PrGe 系统表现为弱铁磁系统。对不同磁相下能量色散曲线的分析表明，Dzyaloshinsky-Moriya 相互作用与交换相互作用之间存在竞争，从而导致了 PrGe 中的磁有序。X 射线衍射测量中观察到的相对于磁场方向的各向异性磁电阻和一级型磁滞现象，为 Dzyaloshinsky-Moriya 相互作用的存在提供了佐证。反铁磁相中高达 43% 的巨大负磁电阻，以及跨越磁相变时可随温度调节的 Rashba 参数，使该材料成为反铁磁自旋电子器件技术应用的合适候选者。
引用
@article{arxiv.1609.06149,
title = {Giant Rashba effect at the topological surface of PrGe revealing antiferromagnetic spintronics},
author = {Soma Banik and Pranab Kumar Das and Azzedine Bendounan and Ivana Vobornik and A. Arya and Nathan Beaulieu and Jun Fujii and A. Thamizhavel and P. U. Sastry and A. K. Sinha and D. M. Phase and S. K. Deb},
journal= {arXiv preprint arXiv:1609.06149},
year = {2016}
}
备注
4 figures, supplementary information