铁磁拓扑绝缘体表面由自旋泵浦诱导的非线性电流

我们研究了与铁磁体杂化的三维拓扑绝缘体（即铁磁拓扑绝缘体）表面由自旋泵浦诱导的电流。为此，我们建立了微观形式体系，并采用 Keldysh 格林函数方法构造微扰理论。我们分析了该电流如何由交换相互作用和外加交流磁场产生，而外加交流磁场是铁磁共振以及自旋泵浦的驱动力。其机制如下：首先，铁磁共振被驱动并产生零动量磁子，它是对平行于铁磁共振进动轴的饱和磁化强度的涨落。随后，以零动量磁子作为自旋载体产生自旋泵浦。零动量磁子与拓扑绝缘体表面态通过交换相互作用耦合，磁子所携带的自旋被转移给表面态。由于自旋-动量锁定，被转移的自旋转换为拓扑绝缘体表面态的动量，从而导致产生垂直于铁磁共振进动轴流动的电流。该电流对外加交流磁场振幅呈二次关系，而对交换相互作用强度呈线性关系。相关的电压由零动量磁子的能谱描述。自旋泵浦诱导电流在交流磁场中的非线性以及对交换相互作用强度的线性，反映出铁磁拓扑绝缘体表面具有通过磁控产生电荷电流的高性能功能。