狄拉克线节点半金属 XCuYAs (X=Zr, Hf; Y=Si, Ge) 中可调谐的自旋霍尔与自旋能斯特效应
材料科学
2021-01-01 v1
摘要
四元砷化物化合物 XCuYAs (X=Zr, Hf; Y=Si, Ge) 属于庞大的 1111 型四元化合物家族，该家族具有从 p 型透明半导体到高温铁基超导体等卓越的物理性质。本文基于密度泛函理论计算，研究了这些化合物中的电子结构拓扑、自旋霍尔效应 (SHE) 与自旋能斯特效应 (SNE)。首先，我们发现所考虑的四种化合物均为狄拉克半金属，具有沿布里渊区边界 - 和 - 的非对称保护狄拉克线节点，以及在费米能级 () 附近的低态密度 (DOS)。其次，发现其中部分化合物的本征 SHE 和 SNE 较大。特别地，HfCuGeAs 的计算自旋霍尔电导 (SHC) 高达 -514 (/e)(S/cm)。HfCuGeAs 在室温下的自旋能斯特电导 (SNC) 也较大，为 -0.73 (/e)(A/m-K)。此外，这些化合物中 SHC 和 SNC 的大小与符号均可通过改变外加电场方向或自旋电流方向来调控。这些化合物中的 SHE 和 SNE 也可通过化学掺杂或电门控调节费米能级来增强。最后，对能带分解和 分辨的自旋贝里曲率的分析表明，这些大的 SHC 和 SNC 及其显著的可调性主要源于费米能级附近大量自旋轨道耦合打开能隙的狄拉克点以及无隙狄拉克线节点的存在，它们产生了大的自旋贝里曲率。因此，我们的发现表明这四种 XCuYAs 化合物不仅为探索 SHE、SNE 与能带拓扑之间的相互作用提供了宝贵平台，而且在自旋电子学 (spintronics) 与自旋热电子学 (spin caloritronics) 中具有广阔应用前景。
引用
@article{arxiv.2007.15303,
title = {Tunable spin Hall and spin Nernst effects in Dirac line-node semimetals XCuYAs (X=Zr, Hf; Y=Si, Ge)},
author = {Babu Baijnath Prasad and Guang-Yu Guo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2007.15303},
year = {2021}
}