一、南方牛【導(dǎo)讀】

凝聚態(tài)系統(tǒng)中電子自旋的科技空間、動(dòng)量和能量分離指導(dǎo)了產(chǎn)生和操縱自旋極化電流的大學(xué)新器件的開發(fā)。最近對(duì)磁性材料中一組以前被忽視的重磅對(duì)稱操作的關(guān)注，導(dǎo)致了一種新型自旋分裂的材料出現(xiàn)，使選定的南方牛反鐵磁體（AFM）上的能帶出現(xiàn)巨大的和與動(dòng)量相關(guān)的自旋極化。在某些反鐵磁體中，科技即使在沒有自旋-軌道耦合（SOC）的大學(xué)情況下，也預(yù)測(cè)了一種由長程磁序引起的重磅新型自旋分裂。這種方案允許選擇輕元素材料來產(chǎn)生，材料例如，南方牛自旋電流和隧穿磁阻效應(yīng)，科技大大擴(kuò)大了AFM自旋電子學(xué)的大學(xué)范圍。這些新磁體中允許的重磅對(duì)稱操作不是經(jīng)過充分研究的（磁性）空間群，而是材料由稱為自旋空間群的增強(qiáng)對(duì)稱群完全描述的，其中晶格旋轉(zhuǎn)和自旋旋轉(zhuǎn)的解耦允許某些被常規(guī)磁空間群排除的對(duì)稱操作，從而導(dǎo)致奇異的物理現(xiàn)象。同時(shí)，AFM誘導(dǎo)的自旋分裂的外觀是獨(dú)一無二的，因?yàn)樗姆至岩?guī)模取決于電子的動(dòng)量，并且可能比已知最大的拉什巴效應(yīng)大得多。盡管理論預(yù)測(cè)不斷增長，但仍然缺乏對(duì)這種自旋分裂的直接光譜證據(jù)。

二、【成果掠影】

在此，南方科技大學(xué)劉暢副教授，劉奇航副教授聯(lián)合中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所喬山研究員等人（共同通訊作者）為這種材料的存在提供了可靠的光譜和計(jì)算證據(jù)，在非共面反鐵磁體中二碲化錳（MnTe₂），發(fā)現(xiàn)自旋的面內(nèi)分量相對(duì)于布里淵區(qū)的高對(duì)稱平面是反對(duì)稱的，在反鐵磁（AFM）基態(tài)中包含格子狀自旋織構(gòu)。這種非常規(guī)的自旋模式，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)在高溫順磁態(tài)下減弱，其起源于固有的AFM順序，而不是自旋-軌道耦合（SOC）。本文的發(fā)現(xiàn)證明了一種由時(shí)間反轉(zhuǎn)斷裂引起的新型二次自旋織構(gòu)，使AFM自旋電子學(xué)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并為研究相關(guān)材料中的奇異量子現(xiàn)象鋪平了道路。

相關(guān)研究成果以“Observation of plaid-like spin splitting in a noncoplanar antiferromagnet”為題發(fā)表在Nature上。

三、【核心創(chuàng)新點(diǎn)】

1.本文使用自旋分辨和角度分辨光發(fā)射光譜（SARPES）測(cè)量和理論分析，明確地證明了這種AFM誘導(dǎo)的自旋分裂效應(yīng)在非共面反鐵磁體MnTe₂上的存在。憑借最先進(jìn)的SARPES設(shè)備，觀察到體帶上自旋的面內(nèi)分量在水平和垂直高對(duì)稱平面上都是反對(duì)稱的。因此，自旋紋理在三維布里淵區(qū)形成格子圖案，與計(jì)算一致。

2.與溫度相關(guān)的SARPES測(cè)量進(jìn)一步表明，觀察到的自旋極化與AFM到順磁性躍遷有關(guān)。本文的工作揭示了由磁交換引起的二次自旋分裂效應(yīng)，在自旋結(jié)構(gòu)和潛在機(jī)制方面與著名的Zeeman，Rashba和Dresselhaus效應(yīng)不同。

四、【數(shù)據(jù)概覽】

圖1 MnTe₂的自旋分裂效應(yīng)的不同原型和DFT計(jì)算結(jié)果? 2024 Springer Nature

圖2 在k_z=?0.2π/c處的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的格子狀紋理? 2024 Springer Nature

圖3 不同k_z值下S_x極化的反轉(zhuǎn)? 2024 Springer Nature

圖4 能帶結(jié)構(gòu)和S_x極化的溫度依賴性? 2024 Springer Nature

五、【成果啟示】

綜上所述，本文的系統(tǒng)SARPES測(cè)量證明了在非共面反鐵磁體MnTe₂中存在一種由固有AFM階引起的新型動(dòng)量依賴自旋分裂。其中，非共面和非共線反鐵磁體中的這種自旋分裂與共線交替磁體中具有相同的起源，局部AFM場(chǎng)以相同的方式耦合電子自旋及其運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，MnTe₂中與動(dòng)量相關(guān)的自旋分裂帶能有效地產(chǎn)生自旋極化電流，導(dǎo)致磁自旋霍爾效應(yīng)、自旋分裂效應(yīng)、隧穿磁電阻等。此外，這種自旋分裂效應(yīng)也可能存在于各種量子材料，如莫特絕緣體，非常規(guī)超導(dǎo)體的本征化合物和三維量子霍爾材料，提供一個(gè)路徑研究這些奇異的物質(zhì)和自旋電子學(xué)潛在的應(yīng)用。

文獻(xiàn)鏈接：“Observation of plaid-like spin splitting in a noncoplanar antiferromagnet”（Nature，2024，10.1038/s41586-024-07023-w）

本文由材料人CYM編譯供稿。