二维内型铁电金属 PtBi$_{2}$ 中可调 Edelstein 效应

Edelstein 效应实现电荷到自旋的转换，因其破坏反演对称性和可切换极化状态的特性，被认为是未来量子自旋器件的高潜力材料。目前大多数显示 Edelstein 效应的铁电体系为半导体，需要外源掺杂才能实现功能。相比之下，金属铁电体系统报告 Edelstein 效应较少，且无需掺杂。我们采用第一性原理计算，预测一种显著的 Edelstein 效应可在最近提出的二维内型铁电金属 PtBi$_{2}$ 单层中实现，由于该效应的系数符号与铁电极化方向通过极化开关导致的自旋纹理反转相耦合，从而实现对电荷-自旋转换的非易失控制。Edelstein 效应的大小达到 $10^{11}~\hbar/(\textup{A} \cdot \textup{cm})$，显著高于此前报道的铁电体系。从微观机制来看，PtBi$_2$ 单层中 Edelstein 效应源于来自内型 Rashba-like 电子空穴和外型空穴的相互竞争贡献；费米面上升移位改变了两者的平衡，可反转 Edelstein 效应的符号。施加双向应变后，费米面电子结构被强烈修改，导致 Edelstein 效应显著变化：2% 压缩应变可使 Edelstein 效应约减半。我们的结果不仅识别了一个可调电荷-自旋转换的潜在材料平台，也为金属铁电体系统的功能潜力提供了新见解。