拓扑绝缘体体态引起的自旋转移力矩
介观与纳米尺度物理
2024-04-24 v2
摘要
近年来,拓扑绝缘体(TI)/铁磁体界面处的自旋力矩受到相当关注,旨在实现对磁自由度的全电学操控。该领域最重要的问题在于体态与表面态对自旋力矩的相对贡献,这一问题仍未被完全理解。尽管表面态贡献已被广泛研究,体态的贡献却相对很少受到关注。在此我们研究由TI体态引起的自旋力矩,并表明:(i)与表面态通过众所周知的Edelstein效应产生自旋轨道力矩不同,体态在均匀磁化上不产生自旋轨道力矩。(ii)体态由于界面附近磁化的不均匀性而产生自旋转移力矩(STT)。这种过去在TIs中未被考虑的自旋转移力矩有些非常规,因为它源于体态TI自旋轨道耦合与TI内部单调衰减磁化梯度的相互作用。尽管我们考虑的是磁化梯度较小、相应自旋转移力矩也较小的理想化模型,但我们认为在真实样品中自旋转移力矩应当可观,并可能提供体态的主要贡献。我们指出,识别体态的一个实验确证是:自旋转移力矩的类场分量对面内和面外磁化产生的自旋密度大小相同但符号相反。这使其区别于表面态,后者预期对面内和面外磁化给出大小相似且符号相同的自旋密度。
引用
@article{arxiv.2206.09939,
title = {Spin transfer torques due to the bulk states of topological insulators},
author = {James H. Cullen and Rhonald Burgos Atencia and Dimitrie Culcer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2206.09939},
year = {2024}
}