自旋-1手性半金属中的自旋霍尔效应
材料科学
2021-08-02 v1
摘要
自旋-1手性半金属是一种新的量子物质态，其承载的非常规手性费米子超出了常见的狄拉克和 Weyl 费米子。B20型 CoSi 是一种容纳此类奇异准粒子的原型材料。迄今为止，自旋-1手性半金属中的自旋输运性质尚未被探索。本工作中，我们通过磁控溅射在蓝宝石 c 面衬底上制备了 B20-CoSi 薄膜，并结合实验与第一性原理计算研究了自旋霍尔效应（SHE）。利用 CoSi/CoFeB/MgO 异质结构，通过自旋霍尔磁电阻和谐波霍尔测量研究了 CoSi 的 SHE。第一性原理计算给出了费米能级处的内禀自旋霍尔电导（SHC），与实验一致，并揭示了其独特的费米能依赖关系。与在拓扑节点附近呈现峰状结构的狄拉克和 Weyl 费米子介导的霍尔电导不同，B20-CoSi 的 SHC 为奇函且穿越节点处为零，在能量上节点下方和上方各有一个符号相反的反对称局域极值。尽管 Si p 轨道在费米能级附近权重很小（约1%），Co d-Si p 轨道杂化与自旋轨道耦合对 SHC 至关重要。该工作拓展了拓扑自旋电子学的视野，并强调了费米能级调控对于充分利用自旋-1手性费米子拓扑性质产生自旋电流的重要性。
引用
@article{arxiv.2106.15107,
title = {Spin Hall effect in a spin-1 chiral semimetal},
author = {Ke Tang and Yong-Chang Lau and Kenji Nawa and Zhenchao Wen and Qingyi Xiang and Hiroaki Sukegawa and Takeshi Seki and Yoshio Miura and Koki Takanashi and Seiji Mitani},
journal= {arXiv preprint arXiv:2106.15107},
year = {2021}
}
备注
24 pages, 6 figures