手性硒锶的自旋轨道耦合、自旋纹理及 Rashba-Edelstein 响应的调制：第一性原理研究
材料科学
2025-03-10 v3
摘要
手性半导体如元素硒锶 (Te) 表现出非常规的自旋纹理和较大的电荷到自旋转换效率，但引入元素对这些性质的影响尚未得到充分探讨。本文通过系统性地研究将 Te 替换为更轻的元素 (S、Se) 或更重的元素 (Sb) 如何改变手性 Te 中的自旋轨道驱动现象，包括能带结构、自旋 Berry 曲率和 Rashba-Edelstein 响应。旨在确定是否可以通过元素取代策略来优化共线自旋纹理、增强自旋积聚并可能延长自旋寿命——这些都是无磁场自旋器件的关键方面。我们采用 Quantum ESPRESSO 实现的密度泛函理论计算，结合 PAOFLOW 中的紧束道插值，绘制了元素依赖的电子态图并量化其相关自旋传输系数。我们的发现表明，较轻的元素将费米能级移向自旋分裂显著区域，从而增加自旋电流转换的幅度，而较重的元素可引入或消除强烈影响自旋轨道耦合的近缝合带。在这两种情况下，Te 的基本手性质得以保持，保留了径向或“共线”自旋动量锁定。这些结果不仅确认通过引入元素是一种强大且可行的调控自旋轨道现象的方法，也为实验 efforts 目标是工程手性半导体以用于自旋器件提供了实用指导。通过将元素身份与特定自旋纹理增强相关联，本研究为设计无需外部磁场的下一代自旋器件组件铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2503.01685,
title = {Modulation of Spin-Orbit Coupling, Spin Textures, and Rashba-Edelstein Response in Chiral Tellurium: A First-Principles Study},
author = {Sonam Phuntsho},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.01685},
year = {2025}
}