[論文レビュー] Crystal-symmetry-paired spin-valley locking in a layered room-temperature antiferromagnet

Fayuan Zhang, Xingkai Cheng+20 more|arXiv (Cornell University)|Jul 28, 2024

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、Rb1-δV2Te2Oにおいて結晶対称性がC-paired SVLを介して実空間のサブ格子と運動量空間のスピン・バレー構造を結ぶ層状の室温反強磁性体を報告し、スピン分解ARPESと準粒子干渉によって実証され、第一原理計算によって支持されている。

ABSTRACT

Recent theoretical efforts predicted a type of unconventional antiferromagnet characterized by the crystal symmetry C (rotation or mirror), which connects antiferromagnetic sublattices in real space and simultaneously couples spin and momentum in reciprocal space. This results in a unique C-paired spin-valley locking (SVL) and corresponding novel properties such as piezomagnetism and noncollinear spin current even without spin-orbit coupling. However, the unconventional antiferromagnets reported thus far are not layered materials, limiting their potential in spintronic applications. Additionally, they do not meet the necessary symmetry requirements for nonrelativistic spin current. Here, we report the realization of C-paired SVL in a layered room-temperature antiferromagnetic compound, Rb1-δV2Te2O. Spin resolved photoemission measurements directly demonstrate the opposite spin splitting between C-paired valleys. Quasi-particle interference patterns reveal the suppression of inter-valley scattering due to the spin selection rules, as a direct consequence of C-paired SVL. All these experiments are well consistent with the results obtained from first-principles calculations. Our observations represent the first realization of layered antiferromagnets with C-paired SVL, enabling both the advantages of layered materials and possible control through crystal symmetry manipulation. These results hold significant promise and broad implications for advancements in magnetism, electronics, and information technology.

研究の動機と目的

• 結晶対称性が実空間のサブ格子と運動量空間のスピン-バレー構造を結ぶ層状の非平凡な反強磁性体を動機づけ、実証する。
• 結晶対称性を通じてC-paired SVLを層状化合物で実現し、強い相対論効果に頼らずスピントロニック制御のツールを可能にする。
• C-paired SVLがスピン選択散乱規則と層状材料におけるひずみ磁性現象の可能性をもたらすことを示す。

提案手法

• 層状の室温反強磁性体であるRb1-δV2Te2Oを作製・表征する。
• C-paired valleys間のスピン分裂をマッピングするためのスピン分解光電子分光測定を実施する。
• スピン選択規則による対-valley間散乱の抑制を検出するために準粒子干渉を用いる。
• 第一原理計算を用いて電子構造をモデル化し、結晶対称性とSVLを検証する。
• 実験結果を理論予測と比較して材料中のC-paired SVLを確立する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 層状の室温反強磁性体でC-pairedスピン-バレー lockingを実現できるか。
• RQ2 スピン分解ARPESとQPIの測定はC-paired SVLに対して予想される反対スピン分裂と対-valley間散乱抑制を示すか。
• RQ3 第一原理計算はRb1-δV2Te2OにおけるC-paired SVLの実験的観察を裏付けるか。

主な発見

• スピン分解ARPESはC-paired valleysに対して反対のスピン分裂を示す。
• 準粒子干渉のパターンはスピン選択規則による対-valley間散乱の抑制を示す。
• 第一原理計算は層状反強磁性体におけるC-paired SVLの存在を裏付ける。
• 本研究は層状反強磁性体におけるC-paired SVLの初の実現を示し、対称性によるスピントロニクス機能の調整を可能にする。