論文の概要: Beyond spin-1/2: Multipolar spin-orbit coupling in noncentrosymmetric crystals with time-reversal symmetry
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.18449v1
- Date: Sat, 20 Dec 2025 17:48:36 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-23 18:54:32.340541
- Title: Beyond spin-1/2: Multipolar spin-orbit coupling in noncentrosymmetric crystals with time-reversal symmetry
- Title（参考訳）: スピン-1/2を超える: 時間反転対称性を持つ非中心対称結晶における多極性スピン-軌道カップリング
- Authors: Masoud Bahari, Kristian Mæland, Carsten Timm, Björn Trauzettel,
- Abstract要約: 我々は、時間反転対称非中心対称結晶において、大きな全角運動量$j$に対する強いスピン軌道結合の一般的な多極性理論を開発する。
本研究は,多極性スピン軌道結合,全角型モーメントテクスチャ,およびインバージョン中心を持たない重元素材料におけるスピントロニック応答を解析・予測するための対称性に基づくフレームワークを提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We develop a general multipolar theory of strong spin-orbit coupling for large total angular momentum $j$ in time-reversal-symmetric, noncentrosymmetric crystals. Using a $j\in\{1/2,3/2,5/2\}$ multiplet basis appropriate for heavy-element \textit{p}- and \textit{d}-bands, we systematically construct all symmetry-allowed spin-orbit coupling terms up to fifth order in momentum and generalize the usual spin texture to a total-angular-momentum texture. For $j>1/2$, multipolar spin-orbit coupling qualitatively reshapes Fermi surfaces and makes the topology of Bloch states band dependent. This leads to anisotropic high-$j$ textures that go beyond a single Rashba helix. We classify these textures by their total-angular-momentum vorticity $W_{n}$ for every energy band and identify distinct $|W_{n}|=1,2,5$ phases. We show that their crossovers generate enhanced and nonmonotonic current-induced spin-polarization responses, namely the Edelstein effect, upon tuning the chemical potential. Our results provide a symmetry-based framework for analyzing and predicting multipolar spin-orbit coupling, total-angular-momentum textures, and spintronic responses in heavy-element materials without an inversion center.
- Abstract（参考訳）: 我々は、時間反転対称非中心対称結晶において、大きな全角運動量$j$に対する強いスピン軌道結合の一般的な多極性理論を開発する。
重元素 \textit{p}- および \textit{d}-バンドに適した$j\in\{1/2,3/2,5/2\}$多重基底を用いて、運動量において最大5次の対称許容スピン軌道結合項を体系的に構成し、通常のスピンテクスチャを全角-運動量テクスチャに一般化する。
j>1/2$ の場合、多極スピン軌道結合はフェルミ曲面を質的に再結合し、ブロッホ状態の位相を依存させる。
これにより、1つのRashbaヘリックスを超える異方性の高いj$テクスチャが生まれる。
我々はこれらのテクスチャを、すべてのエネルギーバンドに対して全角運動度$W_{n}$で分類し、異なる$|W_{n}|=1,2,5$相を識別する。
本研究では, 化学ポテンシャルの調整により, 強化および非単調電流誘起のスピン偏極応答, すなわちエデルシュタイン効果が生じることを示す。
本研究は,多極性スピン軌道結合,全角型モーメントテクスチャ,およびインバージョン中心を持たない重元素材料におけるスピントロニック応答を解析・予測するための対称性に基づくフレームワークを提供する。
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