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二维反铁磁材料的自旋光伏效应

已有 1835 次阅读 2021-6-23 19:19 |系统分类:博客资讯

近年来,二维范德瓦尔斯反铁磁材料因其奇异物性而受到越来越多的关注。然而,目前却没有利用二维反铁磁材料的本征反铁磁特性去构建自旋电子学器件的研究。在这里,我们证明二维反铁磁材料可以具有自旋光伏效应,并且具有很好的自旋电子学应用前景。在弱自旋-轨道耦合效应且具有时间-空间反演联合的对称性(PT)的二维反铁磁材料中,每一套自旋磁格子的光伏效应的自旋方向和电流方向都相反,这导致总的电流为零,从而产生纯的自旋流(图1)。基于二维蜂窝磁晶格的对称性分析,我们筛选出了能实现自旋光伏效应的二维反铁磁候选材料。我们选择两种实验合成的,并且自旋轨道耦合比较弱的二维反铁磁材料:单层MnPS3和双层CrCl3作为代表进行第一性原理计算,发现它们具有比较大的自旋光伏效应系数。二维反铁磁材料的这种自旋光伏效应被用来以无接触和超快的方式产生自旋流。(文章链接:Spin photogalvanic effect in two-dimensional collinear antiferromagnets | npj Quantum Materials (nature.com))

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Fig. 1 自旋光伏效应的原理图。(a) 具有PT对称性的反铁磁结构和相应的能带,(b) (c)自旋极化的子磁格子和相应的单自旋能带。在每一个自旋格子里,一束光发生光学跃迁并产生光伏效应。(d) 利用二维反铁磁材料的自旋光伏效应构建的自旋电子学器件示意图。



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