Generation of Pure Spin Current with Insulating Antiferromagnetic Materials

反铁磁性 凝聚态物理 材料科学 电流(流体) 自旋(空气动力学) 自旋流 工程物理 磁化 物理 磁场 热力学 量子力学
作者
Yingwei Chen,Junyi Ji,Liangliang Hong,Xiangang Wan,Hongjun Xiang
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:135 (14): 146703-146703
标识
DOI:10.1103/n8d2-hjnd
摘要

The generation of pure spin currents is critical for low-dissipation spintronic applications, yet existing methods relying on spin-orbit coupling or ferromagnetic interfaces face challenges in material compatibility and operational robustness. We propose a paradigm-shifting approach to generate symmetry-protected pure spin currents by applying mechanical stress on insulating antiferromagnetic materials, i.e., the pure piezospintronic effect. We first classify magnetic point groups enabling pure piezospintronic effects. A novel first-principles method is developed to compute the spin dipole moments and coefficients of the piezospintronic effect. Integrating these methodologies with high-throughput screening, we identify FeOOH, Cr_{2}O_{3}, and NaMnX (X=As, Bi, P, Sb) with significant pure piezospintronic effects. Interestingly, we reveal that the ionic displacement contribution dominates the piezospintronic effect, in contrast to the piezoelectric effect. Our study not only provides a first-principles approach for investigating spin dipole moment related phenomena (e.g., ferrotoroidicity, fractional quantum spin dipole moment, piezospintronics), but also provides promising piezospintronic materials for experimental verification and industrial applications.
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