电荷与自旋电流非线性响应理论
材料科学
2021-10-14 v1
摘要
非线性霍尔效应，即源于动量空间贝里曲率偶极子的二阶谐波电荷霍尔效应，近来备受关注。由于对驱动交流电场高次谐波的响应显著且可测，我们通过考虑电荷与自旋电流以及纵向与横向效应，发展了一般非线性理论。我们引入电场展开阶数与贝里曲率多极矩，其中贝里曲率偶极子是特定的一类，显现于二阶谐波阶与电场二阶展开。存在四种情形：保持或破缺时间反演对称性（TRS）与空间反演对称性（IS）。我们发现特定的“选择定则”：仅当同时保持 TRS 与 IS 时存在纵向奇次谐波阶电荷电流；当同时破缺两对称性时，所有谐波阶电荷与自旋电流均非零。当保持 TRS 而破缺 IS 时，电荷霍尔电流出现于偶次谐波阶，纵向电荷电流出现于奇次谐波阶，仅纵向自旋电流存活于偶次谐波阶。当破缺 TRS 而保持 IS 时，仅奇次谐波阶电荷与自旋电流可出现。此外，我们观察到每一谐波阶电流包含电场的无穷阶展开系列。我们进一步表明，贝里曲率偶极子与四极子可通过实验测量二阶与四阶谐波电流确定。这或可开辟探索交流驱动系统高阶响应的途径。
引用
@article{arxiv.2110.06582,
title = {Theory of Nonlinear Response for Charge and Spin Currents},
author = {Zhi-Fan Zhang and Zhen-Gang Zhu and Gang Su},
journal= {arXiv preprint arXiv:2110.06582},
year = {2021}
}