手性分子自旋阀中结构手性、电子自旋与拓扑轨道的相互作用
材料科学
2023-09-22 v1 量子物理
摘要
一个多世纪以来，手性一直是化学与生物学中至关重要的性质，如今在凝聚态物理中正变得愈发相关。近来，人们发现电子在透过手性分子、晶体及其杂化体传输后会变为自旋极化。这一现象称为手性诱导自旋选择性（CISS），展现出广阔的应用前景及涉及结构手性、拓扑态与电子自旋和轨道之间复杂相互作用的深远基础意义。然而，手性几何如何影响电子自旋的微观图像仍不清楚。本工作中，通过对基于磁性半导体的手性分子自旋阀与具有不同自旋轨道耦合（SOC）强度的正常金属电极的磁电导（MC）测量进行直接比较，我们明确辨识了 SOC 的来源——鉴于有机分子中 SOC 可忽略，其为 CISS 效应所必需。实验揭示，重金属电极提供 SOC，将手性分子结构诱导的轨道极化转换为自旋极化。我们的结果证明了金属电极中 SOC 对产生 CISS 自旋阀效应的关键作用。一个具有势垒磁手性调制的隧穿模型被证明能定量解释这一反常输运行为。因此，本工作对 CISS 的微观机制给出了关键新见解，更广泛地，揭示了结构手性、电子自旋与轨道之间的基本关系。
引用
@article{arxiv.2209.08117,
title = {Interplay of Structural Chirality, Electron Spin and Topological Orbital in Chiral Molecular Spin Valves},
author = {Yuwaraj Adhikari and Tianhan Liu and Hailong Wang and Zhenqi Hua and Haoyang Liu and Eric Lochner and Pedro Schlottmann and Binghai Yan and Jianhua Zhao and Peng Xiong},
journal= {arXiv preprint arXiv:2209.08117},
year = {2023}
}