通过调控磁性近似拓扑 Dirac 半导体实现巨大的自旋-电荷转换
材料科学
2025-07-24 v1 介观与纳米尺度物理
应用物理
摘要
虽然铁磁体和拓扑材料的双层结构广泛用于通过拓扑表面态（TSS）实现高效自旋电荷转换，但磁性近似效应（MPE）对 TSS 演化和转换效率的影响仍鲜有了解。本研究通过自旋泵送实验探讨了磁性铁和拓扑 Dirac 半导体 alpha Sn 异质结构中自旋动量锁定 TSS 的行为。随着 alpha Sn 厚度（tSn）从 9 nm 增加到 35 nm，铁层的 Gilbert 阻尼常数在 tSn = 25 nm 处呈现显著峰值，随后在更厚的层数中下降。我们的严格理论分析结合了解析建模和第一性原理计算，将这一行为归因于在铁和 alpha Sn 界面处 TSS 消失以及在相对表面上发生交换间隙开启，这两种现象均由长程 MPE 及其对自旋电荷转换效率的影响所致。在 tSn = 25 nm 处，我们实现了高效的自旋电荷转换，逆 Edelstein 长度达到 3.14 nm，这是目前报道的室温下铁磁体和拓扑材料双层结构中最高的值。这些发现凸显了在 MPE 下调控 TSS 属性对推动拓扑材料在自旋电子器件中的应用具有至关重要的作用。
引用
@article{arxiv.2507.17639,
title = {Giant Spin-to-Charge Conversion by Tailoring Magnetically Proximitized Topological Dirac Semimetal},
author = {Masayuki Ishida and Soichiro Fukuoka and Takahiro Chiba and Yohei Kota and Masaaki Tanaka and Le Duc Anh},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.17639},
year = {2025}
}