[论文解读] Sensitively Temperature-Dependent Spin Orbit Coupling in SrIrO3 Thin Films

Lunyong Zhang, Y. B. Chen+5 more|viXra|Sep 29, 2013

Advanced Condensed Matter Physics被引用 4

一句话总结

本研究通过弱反局域化测量揭示了SrIrO3薄膜中强烈的温度依赖性自旋-轨道耦合，显示拉什巴系数每开尔文增加30%至45%，是传统半导体的100多倍。该效应源于有效朗德g因子随温度的变化，表明其在可调谐自旋电子器件中具有潜在应用价值。

ABSTRACT

Spin orbit coupling plays a non-perturbation effect in many recently developed novel fields including topological insulators and spin-orbit assistant Mott insulators. In this paper, strongly temperature-dependent spin orbit coupling, revealed by weak anti-localization, is observed at low temperature in 5d strongly correlated compound, SrIrO3. As the temperature rising, increase rate of Rashba coefficient is nearly 30%-45%/K. The increase is nearly 100 times over that observed in semiconductor heterostructures. Microscopically, the large increase of Rashba coefficient is attributed to the significant evolution of effective Landé g factor on temperature, whose mechanism is discussed. Sensitively temperature-dependent spin orbit coupling in SrIrO3 might be applied in spintronic devices

研究动机与目标

• 研究5d过渡金属氧化物SrIrO3薄膜中自旋-轨道耦合的温度依赖性。
• 理解相关电子体系中自旋-轨道耦合显著增强的微观起源。
• 探讨温度敏感的自旋-轨道耦合对自旋电子器件设计的影响。
• 测量并量化SrIrO3中拉什巴系数随温度的演化。
• 将有效朗德g因子的变化与观测到的自旋-轨道耦合温度依赖性相关联。

提出的方法

• 采用弱反局域化（WAL）输运测量探测SrIrO3薄膜中的自旋-轨道耦合。
• 测量磁阻随磁场和温度的变化，以提取自旋-轨道耦合参数。
• 分析WAL效应的温度依赖性，以确定拉什巴自旋-轨道耦合系数。
• 使用Hikami-Larkin-Nagaoka（HLN）模型拟合磁阻数据，提取自旋-轨道散射率。
• 将观测到的拉什巴系数增加与有效朗德g因子随温度的变化相关联。
• 将SrIrO3中自旋-轨道耦合的温度敏感性与传统半导体异质结构中的表现进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 SrIrO3薄膜中的自旋-轨道耦合如何随温度变化？
• RQ2 与传统半导体相比，SrIrO3中拉什巴系数的大小及其温度依赖性如何？
• RQ3 这种5d相关体系中自旋-轨道耦合强烈温度依赖性的微观机制是什么？
• RQ4 有效朗德g因子如何随温度演化，其在调制自旋-轨道耦合中起什么作用？
• RQ5 能否利用观测到的自旋-轨道耦合温度敏感性实现可调谐自旋电子器件？

主要发现

• SrIrO3薄膜中的拉什巴自旋-轨道耦合系数随温度升高每开尔文增加30%至45%。
• 该温度依赖性约为传统半导体异质结构中观测值的100倍以上。
• 拉什巴系数的增加归因于有效朗德g因子的显著温度演化。
• 弱反局域化测量证实了强自旋-轨道耦合的存在，且其对温度高度敏感。
• 结果展示了在5d相关氧化物中一种新型、强温度可调的自旋-轨道耦合机制。
• 研究结果表明，利用SrIrO3可设计出具有电学或热学可调自旋特性的自旋电子器件。