持久自旋纹理、变色磁性与金属手性晶体 TM$_3$X$_6$ 中的电-转旋转换
材料科学
2025-12-15 v1
摘要
手性晶体由于缺乏倒位和镜像对称性，表现出独特的自旋响应，使其能够实现高称称系统中少见的物理效应。本研究表明，来自手性硫化物族的材料 TMX（T=3d，M=4d/5d，X=S）在非磁性金属相中表现出持久自旋纹理 (PST) —— 跨越 Reciprocal 空间大区域的单向自旋极化。以 NiTaS 和 NiNbS 为例，我们证明 PSTs 覆盖其完整费米面，这一罕见且理想的特征可实现高效的电-转旋转换，表明自旋寿命较长且在磁性序临界温度以上仍具备相干的自旋传输。 在低温下，这些材料按照抗磁性方式有序，成为手性变色磁体，其中源于自旋轨道耦合和变色磁性的自旋纹理以一种对 Neel 向量取向极其敏感的方式组合。通过对称性分析和 first-principles 计算，我们对该族材料的磁性基态进行了分类，识别出具有弱铁磁性的案例，并追踪了自旋纹理和电-转旋转换在不同磁相和不同 Neel 向量取向下的演化，揭示了可区分 Neel 向量方向的自旋传输特征。这些发现将 TMX 定为一种可调谐平台，实现高效的电-转旋转换和自旋传输，结合了结构手性、持久自旋纹理和变色磁性。
引用
@article{arxiv.2508.00789,
title = {Persistent spin textures, altermagnetism and charge-to-spin conversion in metallic chiral crystals TM$_{3}$X$_{6}$},
author = {Karma Tenzin and Berkay Kilic and Raghottam Sattigeri and Zhiren He and Chao Chen Ye and Marcio Costa and Marco Buongiorno Nardelli and Carmine Autieri and Jagoda Slawinska},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.00789},
year = {2025}
}