量子強誘電体を介したスピントロニクスへの新たな可能性(A New Potential Pathway to Spintronics Through Quantum Ferroelectricity)

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2024-07-23 韓国基礎科学研究院(IBS)

韓国の基礎科学研究所(IBS)の研究者たちは、量子パラエレクトリック金属における新しいスピントランスポート現象を発見しました。この研究はIBS複雑系理論物理学センターのキム・キョンミン博士とソウル大学のチョン・ソクブム教授が主導しました。彼らは、音響フォノンを介したRashbaスピン軌道相互作用によってスピン電流を制御できる可能性を見出し、中心対称金属におけるスピントロニクスを促進しました。量子パラエレクトリック金属は、電子のスピンと軌道自由度が相関する独特の電子-フォノン結合を示し、この効果によりスピン電流の生成が可能になります。研究チームは、特有のスピン輸送理論を開発し、非均一な外部電場に対するスピンホール導電率などのスピントランスポート係数の非消失成分を示しました。これにより、中心対称金属でもスピン電流の生成が可能であることが明らかになり、新しいスピン電流生成メカニズムが提案されました。

<関連情報>

量子常誘電体金属におけるフォノン媒介スピン輸送 Phonon-mediated spin transport in quantum paraelectric metals

Kyoung-Min Kim & Suk Bum Chung
npj Quantum Materials  Published:04 July 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41535-024-00662-2

量子強誘電体を介したスピントロニクスへの新たな可能性(A New Potential Pathway to Spintronics Through Quantum Ferroelectricity)

Abstract

The concept of ferroelectricity is now often extended to include continuous inversion symmetry-breaking transitions in various metals and doped semiconductors. Paraelectric metals near ferroelectric quantum criticality, which we term ‘quantum paraelectric metals,’ possess soft transverse optical phonons which can have Rashba-type coupling to itinerant electrons in the presence of spin-orbit coupling. We find through the Kubo formula calculation that such Rashba electron-phonon coupling has a profound impact on electron spin transport. While the spin Hall effect arising from non-trivial electronic band structures has been studied extensively, we find here the presence of the Rashba electron-phonon coupling can give rise to spin current, including spin Hall current, in response to an inhomogeneous electric field even with a completely trivial band structure. Furthermore, this spin conductivity displays unconventional characteristics, such as quadrupolar symmetry associated with the wave vector of the electric field and a thermal activation behavior characterized by scaling laws dependent on the phonon frequency to temperature ratio. These findings shed light on exotic electronic transport phenomena originating from ferroelectric quantum criticality, highlighting the intricate interplay of charge and spin degrees of freedom.

1700応用理学一般
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