Light-spin interconversion in heavy metals with strong spin orbit coupling

具有强自旋轨道耦合的重金属中的轻自旋互变

• 批准号: 22KJ0496
• 负责人: 廣瀬 葉菜
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0496/
• 关键词: フォトガルバニック効果; ディラック半金属; スピン流; ラシュバ型スピン軌道相互作用; 光起電力

本年度は半金属薄膜と金属薄膜からなるヘテロ構造に円偏光を照射し、円偏光の旋回性に依存する光起電流を調査した。半金属にはディラック型の電子構造を持つとされるビスマスを用い、金属薄膜にはAgやCuを使用した。Bi/AgやBi/Cuでは、界面にラシュバ型のスピン軌道相互作用が発現することが報告されており、それが偏光依存光起電流に与える影響を調べた。（フォトガルバニック効果の発現にはラシュバ型の電子構造が必要であることが知られている。）実験の結果、半金属/金属ヘテロ構造の偏光依存光起電流が、半金属薄膜や金属薄膜などの単層膜と比較して大きく増大することがわかった。また、光の入射角度を変えて偏光依存光起電流を調査した結果（正面 vs. 背面入射）、偏光依存起電流の符号が変化した。これらの結果から、半金属/金属ヘテロ構造の偏光依存光起電流の発現機構を説明できるモデルを構築した。円偏光照射によって半金属で生成されたスピン流は、半金属/金属界面の大きなスピン軌道相互作用によって吸収され、試料全体に流れるスピン流の大きさ、符号に影響を与える。半金属の逆スピンホール効果により、スピン流は電流に変換されるため、偏光依存光起電流は半金属/金属の界面に依存する。この仮説は実験結果をよく説明できることがわかった。これらの結果は、ディラック型の電子構造を持つとされる半金属における非線形光学効果の理解に大きく貢献するものであり、今後の展開が期待される。

今年，我们将圆形光照射到由半金属薄膜和金属薄膜组成的异质结构上，并研究了取决于圆形极化光的旋转性质的光伏电流。据说具有dirac型电子结构，用于半金属金属金属，而Ag和Cu用于薄金属膜。据报道，在BI/AG和BI/CU中，RushVA型自旋轨道相互作用发生在界面上，并且研究了该相互作用对极化依赖性光伏电流的影响。 （众所周知，需要RASHVA型电子结构以表现出光藻素效应。）实验表明，与半金属薄膜和半金属薄膜和金属薄膜和金属薄膜和金属薄膜和单层膜相比，半金属/金属异质结构的极化依赖性光伏电流显着增加。此外，当通过更改光的入射角（前与后部入射）来研究依赖极化的光伏电流时，依赖极化依赖性电动电流的迹象发生了变化。从这些结果中，我们构建了一个模型，该模型可以解释半学/金属异质结构中偏振依赖性光伏电流的机理。通过圆极化辐射在半金属中产生的自旋电流被半摩托的轨道相互作用在半分/金属界面上吸收，从而影响整个样品中流动的旋转电流的幅度和迹象。偏振依赖性光伏电流取决于半度/金属界面，因为由于半度/金属逆旋霍尔效应，旋转电流被转换为电流。发现该假设能够很好地解释实验结果。这些结果极大地有助于理解据说具有dirac型电子结构的半法中的非线性光学效应，并有望将来发展。

项目成果

Peter Grunberg Institut(ドイツ)

彼得·格伦伯格研究所（德国）

Interface-enhanced helicity dependent photocurrent in metal/semimetal bilayers

• DOI: 10.1103/physrevb.103.174437
• 发表时间: 2020-11
• 期刊: arXiv: Mesoscale and Nanoscale Physics
• 作者: H. Hirose;M. Kawaguchi;Y. Lau;Z. Chi;F. Freimuth;K. Takanashi;M. Hayashi