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奮進南師

我校物科院李曉教授在《PNAS》發表研究論文

近日,物理科學與技術學院李曉教授在電流導致的自旋極化領域取得重要進展。相關結果以“Out-of-plane carrier spin in transition-metal dichalcogenides under electric current”為題發表在美國科學院院刊(PNAS)。李曉教授為該論文的第一作者,他與美國科羅拉多州立大學陳鏵教授為論文的共同通訊作者。美國德克薩斯大學奧斯汀分校牛謙教授為論文的共同作者。南京師范大學為第一通訊作者單位。

在當今信息社會,磁性電子元器件存在于各種智能設備之中。信息的高速傳遞依賴于這些磁性器件對信息快速可靠的記錄和讀取。因此,有效的控制材料的磁性有利于推動信息社會的發展。相比于磁場控制磁性,電學方法有著更好的能效性和可控性。其中,電流導致的自旋極化(CISP)和相關聯的自旋軌道轉矩是利用電學手段調控磁學性質的有效途徑。CISP借助較強的自旋-軌道相互作用將非極化的電荷流轉化為自旋極化流,可用于實現磁矩的翻轉和磁疇的運動,進而設計新型的磁性功能器件。當前,CISP的研究較多地關注于Rashba型自旋軌道耦合和異質界面。由此產生的費密面處載流子貢獻的CISP平行于界面,往往只能導致磁矩的面內翻轉。相較于指向面內的CISP,指向面外的CISP的材料實現還相對較少。磁性的多方位調控和電子性質的可控演化需要探索新型的面外CISP和相應的原型材料。

在該項研究工作中,研究團隊提出具有鐵磁序的二維過渡金屬硫族化合物能實現垂直于二維平面的CISP。二維過渡金屬硫族化合物是一類備受關注的谷電子材料,有著能谷自由度,其能谷結構依賴于磁化方向呈現出不同的簡并狀態。研究團隊借助對稱性分析、第一性原理相關的計算和線性響應理論,以單層VSe2和VTe2為例,發現在面內磁性存在時體系具有指向面外的CISP。這一面外CISP來自于材料本征自旋軌道耦合和面內磁序的共同作用所引起的電子結構的旋轉對稱性破壞。他們構建了有別于Rashba模型的低能有效模型,解釋了相關的數值發現。他們提出的面外CISP有望實現磁性和能谷結構的電學調控,為構造新型的自旋和能谷器件提供了新策略。

該研究工作得到國家自然科學基金青年項目、江蘇省特聘教授計劃等科研項目資助。論文鏈接為https://doi.org/10.1073/pnas.1912472117。

  • 更新時間

    2020年07月10日 14:21

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  • 供稿

    物科院

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