我们从理论上研究了自旋能斯特效应——即由施加的温度梯度诱导的横向自旋流——能够在倾斜反铁磁绝缘体(如${\ m LaFeO_3}$及同家族其他材料)中发生的条件。自旋能斯特效应可为${\ m LaFeO_3}$/Pt异质结中实验观测到的反常热电压提供微观机制,该实验中当平行于界面的温度梯度施加于${\ m LaFeO_3}$时,自旋会穿过绝缘体/金属界面发生转移[W. Lin等人,Nat. Phys. 第18卷,800页(2022)]。我们发现,当在平行于施加温度梯度且平行于自旋输运方向的轴上破缺反演对称性时,${\ m LaFeO_3}$会表现出拓扑自旋能斯特效应,这可导致自旋穿过绝缘体/金属界面注入。本工作对对称性破缺诱导的自旋能斯特效应进行了一般性推导,可为在原本不会产生该效应的系统中构建有限自旋能斯特效应开辟路径。
英文摘要:
We theoretically study the conditions under which a spin Nernst effect - a transverse spin current induced by an applied temperature gradient - can occur in a canted antiferromagnetic insulator, such as ${\rm LaFeO_3}$ and other materials of the same family. The spin Nernst effect may provide a microscopic mechanism for an experimentally observed anomalous thermovoltage in ${\rm LaFeO_3}$/Pt heterostructures, where spin is transferred across the insulator/metal interface when a temperature gradient is applied to ${\rm LaFeO_3}$ parallel to the interface [W. Lin ${\it et \; al}$, Nat. Phys. ${\bf 18}$, 800 (2022)]. We find that ${\rm LaFeO_3}$ exhibits a topological spin Nernst effect when inversion symmetry is broken on the axes parallel to both the applied temperature gradient and the direction of spin transport, which can result in a spin injection across the insulator/metal interface. Our work provides a general derivation of a symmetry-breaking-induced spin Nernst effect, which may open a path to engineering a finite spin Nernst effect in systems where it would otherwise not arise.
Transition between canted antiferromagnetic and spin-polarized ferromagnetic quantum Hall states in graphene on a ferrimagnetic insulator
在石墨烯的量子霍尔机制中,在零朗道能级处的反铁磁态和自旋极化铁磁态竞争,导致取决于所施加的磁场的方向和大小的倾斜反铁磁态。在这里,我们调查这种过渡在2.7 K的石墨烯霍尔棒,接近耦合到亚铁磁绝缘体Y $_{3}$ Fe $_{5}$ O $_{12}$。从非局域输运测量,我们证明了在石墨烯中的诱导磁交换场,这降低了所需的磁场调制的磁性状态在石墨烯。这些结果表明,石墨烯中的磁邻近效应是二维材料开发的重要组成部分,其中期望物质的有序状态可以用相对小的施加磁场(> 6 T)来调节。
Role of substrate clamping on anisotropy and domain structure in the canted antiferromagnet $α$-Fe$_2$O$_3$
反铁磁体最近被推到了自旋电子学的前沿,因为它们具有革命性存储技术的巨大潜力。为此,理解域结构的形成和驱动机制至关重要。本文研究了倾斜反铁磁薄膜$α$ O $_3$中的畴结构。我们发现驱动畴形成的内部去应力场不遵循$α$ -Fe $_2$ O $_3$的晶体对称性,而是由于衬底夹持而波动。这导致了在反铁磁薄膜中具有局部变化的有效各向异性的Néel阶的总体各向同性分布。此外,我们表明,弱铁磁性质的$α$ -Fe $_2$ O $_3$导致一个定性不同的依赖于磁场相比,共线反铁磁体,如NiO。从我们的工作中获得的见解作为反铁磁薄膜的畴结构的电学和光学操纵的进一步研究的基础。
An efficient formalism for inertial spin waves: Dzyaloshinskii-Moriya antiferromagnets as case studies
School of Physics and Electronics, Hunan University(湖南大学物理与电子学院);College of Computer and Electrical Engineering, Hunan University of Arts and Science(湖南文理学院计算机与电气工程学院);Institute for Theoretical Solid State Physics, RWTH Aachen University(亚琛工业大学理论固体物理研究所)
Significant Unconventional Anomalous Hall Effect in Heavy Metal/Antiferromagnetic Insulator Heterostructures
反常霍尔效应(AHE)是一种量子相干输运现象,通常在高温下由于热退相而消失。因此,令人困惑的是,AHE可以生存在重金属(HM)/反铁磁(AFM)绝缘体(AFMI)异质结构在高温下,但在低温下消失。在本文中,我们报告了一个非常规的高温AHE在HM/AFMI只观察到附近的原子力显微镜的Néel温度,与大的异常霍尔电阻率高达40 n $Ω$ cm。这种机制是由于出现了一个非共线的AFM自旋织构与非零净拓扑电荷。原子自旋动力学模拟表明,这种独特的自旋织构可以通过共线AFM交换耦合、界面Dyzaloshinski-Moriya相互作用、热涨落和偏置磁场之间的微妙相互作用来稳定。
Third Harmonic Characterization of Antiferromagnetic Heterostructures
反铁磁材料的电开关是自旋电子学的一个重要发展方向,它有望实现高速度、低能耗的有源反铁磁器件。在这一新兴领域,有一个积极的辩论机制的电流驱动的反铁磁体开关。谐波表征是研究重金属/铁磁体系中电流诱导自旋轨道矩和自旋Seebeck效应的有力工具。然而,谐波测量技术从未在反铁磁异质结构中得到验证。在这里,我们报告的第一时间谐波测量Pt/ $α$ -Fe $_2$ O $_3$双层膜,这是我们的高阶谐波电压的模型解释。与铁磁异质结构中所有的电流感应效应都出现在二次谐波信号中相比,Pt/ $α$ O $_3$中的类阻尼力矩和热致磁弹性效应贡献出现在三次谐波电压中.我们的结果为研究反铁磁材料的电流感生磁化动力学提供了一条新的途径,促进了反铁磁自旋电子器件的应用。
Magnetic Proximity Effect in an Antiferromagnetic Insulator/Topological Insulator Heterostructure with Sharp Interface
本文报道了MnSe/(Bi,Sb)2 Te 3异质结构的电子输运性质的实验研究,其中MnSe是一种反铁磁绝缘体,(Bi,Sb)2 Te 3是一种三维拓扑绝缘体(TI).在霍尔效应和纵向电阻的测量中表现出很强的磁邻近效应。我们的分析表明,栅极电压可以大大修改的异常霍尔电导,超过0.1 e2/h的温度为1.6 K和磁场的5 T,即使只有顶部TI表面是在接近MnSe。这项工作表明,基于反铁磁绝缘体的异质结构提供了一个很有前途的平台,研究范围广泛的拓扑自旋电子现象。
Gate-tunable synthetic antiferromagnetism with nonrelativistic spin splitting in a graphene/MnS/graphene heterostructure
Institute of Informatics, Slovak Academy of Sciences(斯洛伐克科学院信息学研究所);Faculty of Physics, University of Belgrade(贝尔格莱德大学物理学院);Institute of Physics, Pavol Jozef Šafárik University in Košice(科希策帕沃尔·约瑟夫·沙法里克大学物理研究所);Institute of Experimental Physics, Slovak Academy of Sciences(斯洛伐克科学院实验物理研究所);New Technologies Research Centre, University of West Bohemia(西波希米亚大学新技术研究中心)
Ultrastrong magnon-photon coupling in superconductor/antiferromagnet/superconductor heterostructures at terahertz frequencies
Moscow Institute of Physics and Technology(莫斯科物理技术学院);School of Physics, Huazhong University of Science and Technology(华中科技大学物理学院);National Research University Higher School of Economics(国立研究型高等经济大学)
Quantifying Spin-Orbit Torques in Antiferromagnet/Heavy Metal Heterostructures
自旋电流对绝缘反铁磁体(AFM)磁序的影响是一个重要的研究课题,它可以带来新的应用。为了实现这一目标,表征与AFM/重金属(HM)界面相关的自旋轨道力矩(SOT)是很重要的。在这里,我们报告的谐波霍尔电压在一个占主导地位的易平面原子力显微镜,外延c轴取向的$α$ -Fe $_2$ O $_3$薄膜,与Pt的界面的完整的角度依赖性。通过对谐波霍尔信号和$α$ $_2$ O $_3$的磁参数进行建模,我们确定了类场和类阻尼SOT的幅度。平面外的字段扫描被证明是必不可少的,以确定阻尼的扭矩分量。与铁磁/重金属异质结构相比,我们的研究结果表明,类场转矩显着大于阻尼类转矩,这与界面自旋混合电导的大虚分量的存在相关。我们的工作展示了一个直接的方式来表征AFM/HM异质结构中的SOT。