本文以传播知识为目的，如有侵权请后台联系我们，我们将在第一时间删除。2024年10月21日，Nano Lett.在线发表了日本大阪大学Sergey A. Nikolaev课题组的研究论文，题目为《Large Chiral Orbital Texture and Orbital Edelstein Effect in Co/Al Heterostructure》。![]()
近年来，有大量证据表明，自旋霍尔效应和Rashba-Edelstein效应可能不是产生自旋-轨道矩（SOT）的唯一主要方式。理论上表明，除了自旋积累外，流动的电荷电流还可以引起非平衡轨道积累，并且与自旋霍尔效应类似，可以实现横向轨道电流或轨道霍尔效应的产生，在许多情况下，轨道霍尔效应预计会超过其自旋对应物。同样，无论自旋-轨道耦合（SOC）和所谓的“轨道Rashba效应”是否存在，界面处空间反演对称性的破缺都会导致动量空间中的非平庸轨道纹理。
由于轨道Edelstein效应，在施加电场的情况下，“轨道Rashaba效应”会产生大量的轨道积累。重要的是，几项研究证实SOT可以部分由轨道角动量介导，将轨道电流注入铁磁体可以激发磁化动力学。目前，轨道电子学是一个新兴的研究领域，旨在利用轨道角动量的输运，并探索产生和操纵轨道电流的可能性，无论是与自旋自由度一起还是独立于自旋自由度，这激发了直接观察轨道输运现象的持续实验努力。
在此研究中，基于第一性原理计算，作者揭示了在Co层界面的倒易空间中出现了一个大的螺旋轨道纹理，其起源归因于Co/Al界面表面态形成的轨道Rashba效应，其中发现自旋-轨道耦合产生较小的贡献，具有轨道矩的高阶缠绕。研究结果揭示了轨道纹理会引起非平衡轨道积累，从而产生大的电流感应矩，从而为实验数据提供了重要的理论背景，并推进了轨道输运现象在含轻元素的全金属磁性体系中的应用。
![]()
图1 12Co(0001)/12Cu(111)和12Co(0001)/12Al(111)异质结在没有自旋-轨道耦合情况下的能带结构，以及自旋-轨道耦合的能带结构在相应原子轨道(Cu 3p、Al 3p和Co 3d轨道)上的层分辨投影
图2 通过自旋-轨道耦合计算获得12Co(0001)/12Cu(111)和12Co(0001)/12Al(111)异质结中Co层的自旋和轨道磁矩
图3 (a) 具有自旋-轨道耦合的12Co(0001)/12Cu(111)和12Co(0001)/12Al(111)异质结在布里渊区的层分辨轨道和自旋分布；(b) 界面Co层的面内轨道纹理
图4 (a) 12Co(0001)/12Al(111)异质结中界面Co层的轨道分布L(k)；(b) 由完全相对论电子结构计算(FR)和微扰理论(PT)得到自旋-轨道耦合引起的轨道轮廓L(1)(k)；(c) 面内轨道纹理L(0)(k)和L(1)(k)
图5 (a) 无自旋-轨道耦合的8Co(0001)/6Al(111)异质结的非对角线轨道磁电磁化率χxyL随费米能级εF的变化；(b) 不同弛豫时间下界面Co层的χxyL
Nikolaev, S.A., Chshiev, M., Ibrahim, F. et al. Large Chiral Orbital Texture and Orbital Edelstein Effect in Co/Al Heterostructure. Nano Lett., 2024, 24, 43, 13465–13472. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c01607
【其他相关文献】
[1] Krishnia, S., Sassi, Y., Ajejas, F. et al. Large Interfacial Rashba Interaction Generating Strong Spin–Orbit Torques in Atomically Thin Metallic Heterostructures. Nano Lett., 2023, 23, 6785–6791. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c05091[2] Lee, D., Go, D., Park, HJ. et al. Orbital torque in magnetic bilayers. Nat. Commun., 2021, 12, 6710. https://doi.org/10.1038/s41467-021-26650-9![]()
