論文の概要: Spin-orbit induced equilibrium spin currents in materials
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2109.03790v2
- Date: Wed, 19 Jan 2022 09:22:33 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-15 20:23:41.747073
- Title: Spin-orbit induced equilibrium spin currents in materials
- Title（参考訳）: スピン軌道誘起平衡スピン電流
- Authors: Andrea Droghetti, Ivan Rungger, Angel Rubio, Ilya V. Tokatly
- Abstract要約: 我々は、平衡スピン電流が非負のスピン軌道結合(SOC)を持つ材料の一般的な性質であることを示した。
また, 材料の結晶方向に沿って, 純バルクスピン電流である大域平衡スピン電流の存在も提案する。
平衡スピン電流の背後にある物理学は、SOCを持つ電子系と非アベリアゲージ理論を類似させて発見される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The existence of spin-currents in absence of any driving external fields is
commonly considered an exotic phenomenon appearing only in quantum materials,
such as topological insulators. We demonstrate instead that equilibrium spin
currents are a rather general property of materials with non negligible
spin-orbit coupling (SOC). Equilibrium spin currents can be present at the
surfaces of a slab. Yet, we also propose the existence of global equilibrium
spin currents, which are net bulk spin-currents along specific crystallographic
directions of materials. Equilibrium spin currents are allowed by symmetry in a
very broad class of systems having gyrotropic point groups. The physics behind
equilibrium spin currents is uncovered by making an analogy between electronic
systems with SOC and non-Abelian gauge theories. The electron spin can be seen
as the analogous of the color degree of freedom and equilibrium spin currents
can then be identified with diamagnetic color currents appearing as the
response to an effective non-Abelian magnetic field generated by SOC.
Equilibrium spin currents are not associated with spin transport and
accumulation, but they should nonetheless be carefully taken into account when
computing transport spin currents. We provide quantitative estimates of
equilibrium spin currents for several systems, specifically metallic surfaces
presenting Rashba-like surface states, nitride semiconducting nanostructures
and bulk materials, such as the prototypical gyrotropic medium tellurium. In
doing so, we also point out the limitations of model approaches showing that
first-principles calculations are needed to obtain reliable predictions. We
therefore use Density Functional Theory computing the so-called bond currents,
which represent a powerful tool to understand the relation between equilibrium
currents, electronic structure and crystal point group.
- Abstract（参考訳）: 駆動する外部場がない場合のスピン電流の存在は、位相絶縁体のような量子材料にのみ現れるエキゾチックな現象と見なされる。
代わりに、平衡スピン電流は非無視スピン軌道結合(soc)を持つ材料の比較的一般的な性質であることを示す。
平衡スピン電流はスラブの表面に存在する。
しかし, 本論文では, 物質の結晶方向に沿ったバルクスピン電流である大域平衡スピン電流の存在も提案する。
平衡スピン電流は、ジャイロトロピック点群を持つ非常に広い種類の系の対称性によって許容される。
平衡スピン電流の背後にある物理学は、SOCを持つ電子系と非アベリアゲージ理論を類似させて発見される。
電子スピンは自由度と平衡スピン電流の類似と見なすことができ、SOCによって生成される有効非アベリア磁場に対する応答として現れる反磁性カラー電流と同一視することができる。
平衡スピン電流はスピン輸送や蓄積とは関係しないが、輸送スピン電流を計算する際に慎重に考慮すべきである。
本研究では,いくつかの系,特にラシュバ様表面状態を示す金属表面,窒化物半導体ナノ構造,および原型異方性媒質テルルなどのバルク材料について平衡スピン電流の定量的評価を行った。
また,モデルアプローチの限界を指摘するとともに,信頼できる予測を得るために第一原理計算が必要であることを示す。
したがって、平衡電流、電子構造、結晶点群との関係を理解するための強力なツールであるいわゆるボンド電流を計算する密度汎関数理論を用いる。
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