Quantum Matter Seminar: 非常规反铁磁体的谱学发现

刘 畅

南方科技大学

报告时间：2024年4月11日（周四）下午14:00

报告地点：紫金港校区段永平教学楼2号楼212报告厅

摘要：

在空间、动量和能量上操控电子的自旋是自旋电子学的基础和核心。传统的自旋电子学器件利用铁磁体作为自旋流的发生器和操纵器。然而，铁磁材料的信息存储密度不高，读写速度也相对较慢（GHz量级）。与此相反，反铁磁材料的信息储存密度可以达到原子级，它独有的太赫兹（THz）自旋动力学特性也可以实现皮秒级时间尺度的磁矩反转。由此可见，理想的下一代自旋电子学材料需要具备铁磁体易于写入和读取信息的特性，也需要具备反铁磁体以高稳定性、高密度储存信息的能力和超快的自旋动力学性质。最近，人们关注到自旋轨道耦合为零的极限下磁性材料中的一组以前被忽视的对称操作。这些操作导致了一种新型的、反铁磁诱导的自旋劈裂的出现，使反铁磁体的能带能够实现巨大的、依赖动量的自旋极化 [1-5]。这种非常规反铁磁体的磁电性质和铁磁体更为类似，因此兼具铁磁体和反铁磁体的优点，从而有望取代铁磁体成为自旋电子学的材料基础。本报告中，我们将展示非常规反铁磁体存在的光电子能谱和计算证据。在非共面反铁磁体二碲化锰（MnTe₂）中，我们利用自旋-角分辨光电子能谱发现自旋的面内分量相对于布里渊区的高对称平面是反对称的。这导致反铁磁基态中的特殊的“格子状自旋纹理”。这种非常规的自旋极化信号在高温顺磁状态下几乎消失，提示其源于固有的反铁磁序。我们的研究 [6] 证明了一种由时间反演破缺诱导的新型二次型自旋织构，为反铁磁自旋电子学奠定了坚实的基础，并为研究相关材料中的奇异量子现象铺平了道路。

References：

1. Pekar, S. I. & Rashba, É. I., Zh. Eksperim. Teor. Fiz. 47, 1927–1930 (1964).

2. Liu, P., Li, J., Han, J., Wan, X. & Liu, Q., Phys. Rev. X 12, 021016 (2022).

3. Yuan, L. D., Wang, Z., Luo, J. W., Rashba, É. I. & Zunger, Phys. Rev. B 102, 014422 (2020).

4. Šmejkal, L., González-Hernández, R., Jungwirth, T. & Sinova, J. Sci. Adv. 6, eaaz8809 (2020).

5. Hayami, S., Yanagi, Y. & Kusunose, H., J. Phys. Soc. Jpn. 88, 123702 (2019).

6. Y.-P. Zhu et al., Nature 626, 523-528 (2024).

报告人简介：

刘畅，南方科技大学物理系副教授。2011年博士毕业于美国爱荷华州立大学，2011-2014年美国普林斯顿大学物理系博士后。2014年回国，在南方科技大学任教，历任助理教授和副教授。其研究主要集中于利用角分辨光电子能谱（ARPES）和其他谱学技术揭示功能材料（例如磁性材料、拓扑材料和热电材料）的新颖电子特性。他的研究小组还掌握了助熔剂法、化学气相转移（CVT）和分子束外延（MBE）等材料生长技术。在磁性材料领域，他的工作揭示了非常规反铁磁体中能带的自旋劈裂。在拓扑材料领域，他的工作发现了磁性拓扑绝缘体中的无间隙拓扑表面态和三维狄拉克半金属中的费米弧表面态等。他目前共发表研究论文75篇左右，被引10000次左右，h因子为40 (Google Scholar)。