Magneto-optical properties manipulating of Weyl semimetals Mn3Sn by electronic structures engineering

凝聚态物理 物理 Weyl半金属 反铁磁性 半金属 Berry连接和曲率 霍尔效应 费米能级 法拉第效应 费米能量 电子能带结构 电子结构 纳米光子学 对称(几何) 量子反常霍尔效应 量子霍尔效应 拓扑绝缘体 激子极化 自旋(空气动力学) 态密度 克尔效应 望远镜 塞曼效应 密度泛函理论 对称性破坏 消散 量子 电子 手性(物理) 旋转(数学) 兴奋剂 量子光学 法拉第笼 极化子
作者
Xiao Liang,Jiaqi Zhang,Ting Yang,Chuanjiang Liao,Ying Zhou,Jie Li,Li Luo,Dong Gao,Tingting Tang,Lei Bi
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:128 (16)
标识
DOI:10.1063/5.0327255
摘要

Recently, large anomalous Hall conductivity and anomalous Hall angles have been observed in topological Weyl semimetals arising from intrinsic time reversal symmetry breaking due to their unique electronic structures. These materials can generate robust non-reciprocal electromagnetic wave propagation independent of external magnetic fields, making them highly promising for low-power dissipation non-reciprocal nanophotonic devices. In this study, we investigated the relationship between electronic structures and magneto-optical properties of the non-collinear antiferromagnetic Mn3Sn, via first-principles calculations based on density functional theory. The electronic structure calculations reveal a pair of Weyl nodes with opposite chirality located 32 and 61 MeV above the Fermi level in the band structures; these nodes produce a large Berry curvature, analogous to a pseudo-magnetic field, which underlies the magneto-optical effects in Mn3Sn. Furthermore, it is found that magneto-optical effects of Mn3Sn can be significantly manipulated by charge carrier doping while being minimally affected by in-plane strain, indicating that the energy level of Weyl nodes relative to the Fermi level ΔE is a significant factor controlling the magneto-optical effect of Mn3Sn. The Faraday and Kerr rotation angles increased and decreased as ΔE decreased and increased, respectively. These results provide a promising strategy for tuning the magneto-optical effect in Mn3Sn-based non-reciprocal nanophotonic devices.

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