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奋进南师

我校物科院李晓教授在《PNAS》发表研究论文

近日,物理科学与技术学院李晓教授在电流导致的自旋极化领域取得重要进展。相关结果以“Out-of-plane carrier spin in transition-metal dichalcogenides under electric current”为题发表在美国科学院院刊(PNAS)。李晓教授为该论文的第一作者,他与美国科罗拉多州立大学陈铧教授为论文的共同通讯作者。美国德克萨斯大学奥斯汀分校牛谦教授为论文的共同作者。南京师范大学为第一通讯作者单位。

在当今信息社会,磁性电子元器件存在于各种智能设备之中。信息的高速传递依赖于这些磁性器件对信息快速可靠的记录和读取。因此,有效的控制材料的磁性有利于推动信息社会的发展。相比于磁场控制磁性,电学方法有着更好的能效性和可控性。其中,电流导致的自旋极化(CISP)和相关联的自旋轨道转矩是利用电学手段调控磁学性质的有效途径。CISP借助较强的自旋-轨道相互作用将非极化的电荷流转化为自旋极化流,可用于实现磁矩的翻转和磁畴的运动,进而设计新型的磁性功能器件。当前,CISP的研究较多地关注于Rashba型自旋轨道耦合和异质界面。由此产生的费密面处载流子贡献的CISP平行于界面,往往只能导致磁矩的面内翻转。相较于指向面内的CISP,指向面外的CISP的材料实现还相对较少。磁性的多方位调控和电子性质的可控演化需要探索新型的面外CISP和相应的原型材料。

在该项研究工作中,研究团队提出具有铁磁序的二维过渡金属硫族化合物能实现垂直于二维平面的CISP。二维过渡金属硫族化合物是一类备受关注的谷电子材料,有着能谷自由度,其能谷结构依赖于磁化方向呈现出不同的简并状态。研究团队借助对称性分析、第一性原理相关的计算和线性响应理论,以单层VSe2和VTe2为例,发现在面内磁性存在时体系具有指向面外的CISP。这一面外CISP来自于材料本征自旋轨道耦合和面内磁序的共同作用所引起的电子结构的旋转对称性破坏。他们构建了有别于Rashba模型的低能有效模型,解释了相关的数值发现。他们提出的面外CISP有望实现磁性和能谷结构的电学调控,为构造新型的自旋和能谷器件提供了新策略。

该研究工作得到国家自然科学基金青年项目、江苏省特聘教授计划等科研项目资助。论文链接为https://doi.org/10.1073/pnas.1912472117

  • 更新时间

    2020年07月10日 14:21

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  • 供稿

    物科院

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