由高阶自旋轨道相互作用驱动的非常规自旋纹理

自旋分裂及其结果自旋纹理是新兴自旋电子学应用的核心。在无中心性非磁性材料中，含有重元素时，自旋纹理通常由低阶动量依赖的自旋轨道相互作用主导，如 Rashba自旋轨道相互作用，其形式为一阶或三阶动量。本文使用第一性原理计算，揭示了铼钨铌酸化物 LaWN$_3$ 导带中一种此前未被识别的自旋纹理。除了位于 $\Gamma$ 点的常规涡旋外，我们发现还有六个位于布里渊区中心附近非高对称点处的新型涡旋和反涡旋。此外，通过结合群论分析和 $\textbf{k}\cdot\textbf{p}$ 扰动建模，我们表明，受限于铼钨铌酸化物所属的 $C_{3v}$ 点群，7阶Weyl自旋轨道相互作用是必需的，以再现第一性原理计算中观察到的非常规自旋结构。我们还发现，弱电子掺杂 LaWN$_3$ 导致其费米面，其自旋箭头轮廓呈现异常的螺旋纹理——这是可实验检测到的特征。我们的工作表明，高阶自旋轨道相互作用不仅是扰动校正，它们在塑造无中心性材料的自旋纹理中可以发挥主导作用。我们的结果开辟了利用超越常规自旋轨道范畴的多螺旋自旋纹理设计自旋电子学器件的新途径。