Emergence of giant orbital Hall and tunable spin Hall effects in centrosymmetric transition metal dichalcogenides

凝聚态物理 过渡金属 霍尔效应 自旋(空气动力学) 自旋霍尔效应 材料科学 物理 化学 自旋极化 电子 量子力学 磁场 生物化学 热力学 催化作用
作者
Pratik Sahu,Jatin Kumar Bidika,Bubunu Biswal,S. Satpathy,B. R. K. Nanda
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:110 (5) 被引量:2
标识
DOI:10.1103/physrevb.110.054403
摘要

We demonstrate the formation of orbital and spin Hall effects (OHE/SHE) in the 1T phase of nonmagnetic transition metal dichalcogenides. With the aid of density functional theory calculations and model Hamiltonian studies on ${MX}_{2}$ ($M$ = Pt, Pd; and $X$ = S, Se, and Te), we show an intrinsic orbital Hall conductivity ($\ensuremath{\sim}{10}^{3}\ensuremath{\hbar}/e\phantom{\rule{4pt}{0ex}}{\mathrm{\ensuremath{\Omega}}}^{\ensuremath{-}1}{\text{cm}}^{\ensuremath{-}1}$), which primarily emerges due to the orbital texture around the valleys in the momentum space. The robust spin-orbit coupling in these systems induces a sizable SHE out of OHE. Furthermore, to resemble the typical experimental setups, where the magnetic overlayers produce a proximity magnetic field, we examine the effect of magnetic field on OHE and SHE and showed that the latter can be doubled in these class of compounds. With a giant OHE and tunable SHE, the 1T-TMDs are promising candidates for spin and orbital driven quantum devices such as SOT-MRAM, spin nano-oscillators, spin logic devices, etc., and to carry out spin-charge conversion experiments for fundamental research.

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