2016 11 15
《自然•通訊》刊登beat365量子材料中心韓偉課題組關于拓撲表面态中自旋性質的研究工作
近日, beat365量子材料科學中心韓偉課題組與中心張弛課題組、謝心澄課題組，中國科學技術大學的陳仙輝、吳濤課題組共同合作，對近藤拓撲絕緣體SmB6的表面态進行了自旋注入的實驗，并成功發現了拓撲表面态中的逆Edelstein效應。這是人們首次成功地排除了拓撲絕緣體體态的幹擾，更為純淨地展示來自拓撲絕緣體表面态的逆Edelstein效應。該工作被《自然•通信》雜志以标題“Spin
injection and inverse Edelstein effect in the surface states of topological
Kondo insulator SmB6”報道。
自旋電子學一直緻力于利用自旋自由度來研發新型的信息存儲和信息技術。拓撲絕緣體作為一種新型的量子物質，在其表面态上狄拉克費米子的自旋極化方向和其動量方向是鎖定在一起的，如圖(a)所示。這種自旋軌道鎖定會引起一些非常有趣的自旋相關的現象，比如Edelstein效應和逆Edelstein效應。但是當人們以基于Be2Se3的三維拓撲絕緣體為載體去展示這種來自表面态的自旋軌道鎖定的性質時，體态自旋軌道耦合效應的存在成為了一個很難排除的幹擾。近幾年研究發現SmB6是一種新型的近藤拓撲絕緣體。正如圖(b)所示，當溫度低于~3K時，SmB6的體态将變得絕緣，隻有表面态的載流子對導電有貢獻。因此，近藤拓撲絕緣體是一種更為理想的研究拓撲絕緣體表面态性質的載體。
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圖：
SmB6表面态中的自旋注入和逆Edelstein效應。（a）SmB6表面态自旋動量鎖定關系；（b）SmB6電阻随溫度的關系；（c）自旋泵浦注入到SmB6表面态；（d）測量到的電壓随磁場關系。在正磁場，自旋向上注入，産生正電壓；在負磁場，自旋向下注入，産生負電壓。
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如圖(c)和圖(d)所示，在陳仙輝課題組提供的SmB6樣品和張弛課題組提供的微波氦3低溫環境的幫助下，韓偉課題組使用自旋泵浦技術從坡莫合金（Py）向SmB6
注入自旋流，并進行逆Edelstein效應的測量。工作系統地測量了逆Edelstein效應随頻率、功率、溫度和磁場角度的變化關系，從各個方面證實了所觀察到的信号。在新型近藤拓撲絕緣體SmB6的表面态中對逆Edelstein效應的發現，将會進一步推動關于近藤拓撲絕緣體中的強關聯物理的研究，并進一步推進人們在拓撲絕緣體表面态中探索如何更高效率地産生自旋流的步伐。
此文章已于2016年11月11日在《自然•通信》上在線刊登（Nature Communications, 7, 13485 (2016); doi:
10.1038/ncomms13485），北大博士生宋琪為第一作者，該項工作得到了國家自然科學基金委、國家科技部、中科院、中科院百人計劃的經費支持。
鍊接:
論文鍊接:http://www.nature.com/articles/ncomms13485
韓偉研究員實驗室主頁:http:/~LabSpin/home.html
