[論文レビュー] Observation of plaid-like spin splitting in a noncoplanar antiferromagnet

Yupeng Zhu, Xiaobing Chen+28 more|arXiv (Cornell University)|Mar 8, 2023

Physics of Superconductivity and Magnetism参考文献 58被引用数 9

ひとこと要約

本論文は MnTe2 という非共平面反強磁性体における plaid のようなスピンテクスチャとスピン分裂を、スピン軌道結合ではなく反強磁性秩序由来であることを、分光学と計算の証拠で示しています。

ABSTRACT

Spatial, momentum and energy separation of electronic spins in condensed matter systems guides the development of novel devices where spin-polarized current is generated and manipulated. Recent attention on a set of previously overlooked symmetry operations in magnetic materials leads to the emergence of a new type of spin splitting, enabling giant and momentum-dependent spin polarization of energy bands on selected antiferromagnets. Despite the ever-growing theoretical predictions, the direct spectroscopic proof of such spin splitting is still lacking. Here, we provide solid spectroscopic and computational evidence for the existence of such materials. In the noncoplanar antiferromagnet MnTe$_2$, the in-plane components of spin are found to be antisymmetric about the high-symmetry planes of the Brillouin zone, comprising a plaid-like spin texture in the antiferromagnetic (AFM) ground state. Such an unconventional spin pattern, further found to diminish at the high-temperature paramagnetic state, stems from the intrinsic AFM order instead of spin-orbit coupling (SOC). Our finding demonstrates a new type of quadratic spin texture induced by time-reversal breaking, placing AFM spintronics on a firm basis and paving the way for studying exotic quantum phenomena in related materials.

研究の動機と目的

• 反分極磁性体における磁気秩序由来の非自明なスピン分裂探究を動機づける。
• MnTe2 における plaid のようなスピンテクスチャを実証し、それをスピン軌道結合効果と区別する。
• 観測されたスピンパターンが高温の常磁性状態で減少することを示し、AFM 起源を確認する。

提案手法

• スペクトロスコピー測定と第一原理計算を組み合わせて MnTe2 のスピンテクスチャをマッピングする。
• 対称性の高いBrillouin帯平面について反対称な面内スピン成分を同定する。
• AFM基底状態と高温パラ磁性状態のスピンテクスチャを比較し起源を確立する。
• 時間反転対称性破れを介したAFM秩序による二次的なスピンテクスチャとしてスピン分裂を記述する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非共平面反強磁性体はスピン軌道結合に依存しない運動量依存のスピン分裂を示せるか？
• RQ2 観測された plaid のようなスピンテクスチャは AFM 基底状態に限定されパラ磁性状態で減少するのか、AFM 起源のスピン現象を示すのか？

主な発見

• MnTe2 において AFM 秩序由来の plaid のような面内スピンテクスチャの証拠。
• スピン成分は高対称 Brillouin帯平面について反対称である。
• plaid のようなスピンパターンは高温で減少し、SOC ではなく AFM 起源と一致する。
• 分光学的および計算的結果は、AFM における時間反転破れによって駆動される新しいタイプの二次的スピンテクスチャを支持する。