Efecto Hall cristalino en el antiferromagnético colineal no convencional NiF2
PDF

Cómo citar

González-Hernández, R., Gonzalez, R., & Smejkal, L. (2022). Efecto Hall cristalino en el antiferromagnético colineal no convencional NiF2. Revista De La Academia Colombiana De Ciencias Exactas, Físicas Y Naturales, 46(180), 617–627. https://doi.org/10.18257/raccefyn.1643

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Métricas Alternativas


Dimensions

Resumen

A lo largo de un siglo, la corriente eléctrica transversal, sin disipación de energía, que genera el efecto Hall continúan desempeñando un papel central en la investigación de materia condensada por su intrigante naturaleza cuántica relativista y topológica. El efecto Hall anómalo requiere la ruptura espontanea de la simetría de reversi´ón temporal, lo cual es atribuido al ordenamiento magnético de los espines dentro del material cristalino (como es el caso del hierro). Recientemente, se identificó la presencia del efecto Hall anómalo, llamado efecto Hall cristalino, en ciertos materiales antiferromagnéticos no convencionales, donde la ruptura de simetría de inversión temporal es causada por la disposición de los átomos magnéticos en estructura cristalina antiferromagnética. En el presente trabajo se estudia el efecto Hall cristalino en el fluoruro de níquel (NiF2) por medio de un análisis de simetría y cálculos de primeros principios. Se encuentra que la conductividad Hall anómala para el NiF2 podría alcanzar valores cercanos a 700 S/cm. Esta respuesta Hall se obtiene para el eje fácil de magnetización del material; esto no se presenta en otros cristales tipo rutilo estudiados recientemente donde el vector antiferromagnético tiene que reorientarse aplicando un campo externo. Además, se muestra el origen en el espacio reciproco de la conductividad Hall anómala y la manera en que se puede controlar mediante la rotación del vector de N´éel, el cual da cuenta del ordenamiento antiferromagnético del material. Nuestros resultados indican que el NiF2 podría ser un elemento clave en el diseño de futuros dispositivos espintronicos basados en materiales antiferromagnéticos no convencionales.

https://doi.org/10.18257/raccefyn.1643

Palabras clave

Simulacion de materiales | Efecto Hall | Materiales antiferromagneticos | NiF2
PDF

Citas

Baltz, V., Manchon, A., Tsoi, M., Moriyama, T., Ono, T., Tserkovnyak, Y. (2018,Feb). Antiferromagnetic spintronics. Rev. Mod. Phys., 90(), 015005. Retrieved from https://link.aps.org/doi/10.1103/RevModPhys.90.015005 doi: 10.1103/RevModPhys.90.015005

Bl¨öchl, P. E. (1994). Projector augmented-wave method. Phys. Rev. B, 50(24), 17953-17979. doi: 10.1103/PhysRevB.50.17953

Chen, H., Niu, Q., MacDonald, A. H. (2014, Jan). Anomalous hall effect arising from noncollinear antiferromagnetism. Phys. Rev. Lett., 112(), 017205. Retrieved from https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.112.017205 doi:10.1103/PhysRevLett.112.017205

Correa, C. A., V´ yborn´ y, K. (2018, Jun). Electronic structure and magnetic anisotropies of antiferromagnetic transition-metal difluorides. Phys. Rev. B, 97(), 235111. Retrieved from https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.97.235111 doi: 10.1103/PhysRevB.97.235111

González-Hernández, R., Smejkal, L., V´ yborn´ y, K., Yahagi, Y., Sinova, J., Jungwirth, T. c. v., Zelezn´ y, J. (2021, Mar). Efficient electrical spin splitter based on nonrelativistic collinear antiferromagnetism. Phys. Rev. Lett., 126(), 127701. Retrieved from https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.126.127701 doi: 10.1103/PhysRevLett.126.127701

Halilov, S. V., Perlov, A. Y., Oppeneer, P. M., Yaresko, A. N., Antonov, V. N. (1998, Apr). Magnetocrystalline anisotropy energy in cubic fe, co, and ni: Applicability of local-spin-density theory reexamined. Phys. Rev. B, 57(), 9557–9560. Retrieved

Hall, E. H. (1879). On a new action of the magnet on electric currents. American Journal of Mathematics, 2(3), 287-292. Retrieved from http://www.jstor.org/stable/ 2369245

Herath, U., Tavadze, P., He, X., Bousquet, E., Singh, S., Muñoz, F., & Romero, A. H. (2020). Pyprocar: A python library for electronic structure pre/post-processing. Computer Physics Communications, 251, 107080. Retrieved from https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010465519303935 doi: https://doi.org/10.1016/j.cpc.2019.107080

Šmejkal, L., Hellenes, A. B., González-Hernández, R., Sinova, J., Jungwirth, T. (2022, Feb). Giant and tunneling magnetoresistance in unconventional collinear antiferromagnets with nonrelativistic spin-momentum coupling. Phys. Rev. X, 12, 011028. Retrieved from https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevX.12.011028 doi: 10.1103/PhysRevX.12.011028

Kohn, W., Sham, L. J. (1965, Nov). Self-consistent equations including exchange and correlation effects. Phys. Rev., 140, A1133-A1138. Retrieved from https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRev.140.A1133 doi: 10.1103/PhysRev.140.A1133

Kresse, G., Furthmüller, J. (1996). Efficient iterative schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis set. Phys. Rev. B, 54(16), 11169-11186. doi: 10.1103/PhysRevB.54.11169

Kresse, G., Hafner, J. (1993). Ab initio molecular dynamics for liquid metals. Phys. Rev. B, 47(1), 558-561. doi: 10.1103/PhysRevB.47.558

Li, X., MacDonald, A. H., Chen, H. (2019). Quantum anomalous hall effect through canted antiferromagnetism, arxiv:1902.10650.

Manchon, A., Koo, H. C., Nitta, J., Frolov, S. M., Duine, R. A. (2015, Sep 01). New perspectives for rashba spin–orbit coupling. Nature Materials, 14(9), 871-882. Retrieved from https://doi.org/10.1038/nmat4360 doi: 10.1038/nmat4360

Marzari, N., Mostofi, A. A., Yates, J. R., Souza, I., Vanderbilt, D. (2012, Oct). Maximally localized wannier functions: Theory and applications. Rev. Mod. Phys., 84, 1419-1475. Retrieved from https://link.aps.org/doi/10.1103/RevModPhys.84.1419 doi: 10.1103/RevModPhys.84.1419

Mazin, I. I., Koepernik, K., Johannes, M. D., González-Hernández, R., Šmejkal, L. (2021).Prediction of unconventional magnetism in doped FeSb2.Proceedings of the National Academy of Sciences, 118(42), e2108924118. Retrieved from https://doi.org/10.1073/pnas.2108924118 doi: 10.1073/pnas.2108924118

Momma, K., Izumi, F. (2011, Dec). Vesta3 for three-dimensional visualization of crystal, volumetric and morphology data. Journal of Applied Crystallography, 44(6), 1272-1276. Retrieved from https://doi.org/10.1107/S0021889811038970 doi: 10.1107/S0021889811038970

Mostofi, A. A., Yates, J. R., Pizzi, G., Lee, Y.-S., Souza, I., Vanderbilt, D., Marzari, N. (2014). An updated version of wannier90: A tool for obtaining maximally-localised wannier functions. Computer Physics Communications, 185(8), 2309-2310. Retrieved from https://www.

sciencedirect.com/science/article/pii/S001046551400157X doi: https://doi.org/10.1016/j.cpc.2014.05.003

Nagaosa, N., Sinova, J., Onoda, S., MacDonald, A. H., Ong, N. P. (2010). Anomalous Hall effect. Rev. Mod. Phys., 82, 1539-1592. doi: 10.1103/RevModPhys.82.1539

Nakatsuji, S., Kiyohara, N., Higo, T. (2015, Nov 01). Large anomalous hall effect in a noncollinear antiferromagnet at room temperature. Nature, 527(7577), 212-215. Retrieved from https://doi.org/10.1038/nature15723

Neel, L. (1970, dec). Magnetism and the local molecular field. www.nobelprize.org, Nobel Foundation.

Perdew, J. P., Burke, K., Ernzerhof, M. (1996, Oct). Generalized gradient approximation made simple. Phys. Rev. Lett., 77, 3865-3868. Retrieved from https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.77.3865 doi: 10.1103/ PhysRevLett.77.3865

Samanta, K., Ležaić, M., Merte, M., Freimuth, F., Blügel, S., Mokrousov, Y. (2020). Crystal hall and crystal magneto-optical effect in thin films of srruo3. Journal of Applied Physics, 127(21), 213904. Retrieved from https://doi.org/10.1063/ 5.0005017 doi: 10.1063/5.0005017

Seemann, M., KÖdderitzsch, D., Wimmer, S., Ebert, H. (2015, Oct). Symmetry-imposed shape of linear response tensors. Phys. Rev. B, 92, 155138. Retrieved from https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.92.155138 doi: 10.1103/ PhysRevB.92.155138S

Šmejkal, L., Mokrousov, Y., Yan, B., MacDonald, A. H. (2018, Mar). Topological antiferromagnetic spintronics. Nature Physics, 14(3), 242-251.

Stout, J. W., & Reed, S. A. (1954, Nov 01). The crystal structure of mnf2, fef2, cof2, nif2 and znf2. Journal of the American Chemical Society, 76(21), 5279-5281. Retrieved from https://doi.org/10.1021/ja01650a005 doi: 10.1021/ja01650a005

Strempfer, J., Rütt, U., Bayrakci, S. P., Brückel, T., Jauch, W. (2004, Jan). Magnetic properties of transition metal fluorides mf2 (m = Mn, fe, co, ni) via high-energy photon diffraction. Phys.Rev. B, 69, 014417. Retrieved from https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.69.014417doi: 10.1103/PhysRevB.69.014417S

Šmejkal, L., González-Hernández, R., Jungwirth, T., Sinova, J. (2020). Crystal time-reversal symmetry breaking and spontaneous hall effect in collinear antiferromagnets. Science Advances, 6(23), eaaz8809. doi: 10.1126/sciadv.aaz8809

Wu, Q., Zhang, S., Song, H.-F., Troyer, M., Soluyanov, A. A. (2018). Wanniertools: An open-source software package for novel topological materials. Computer Physics Communications, 224, 405-416.Retrieved from https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010465517303442 doi: https://doi.org/10.1016/ j.cpc.2017.09.033

Xiao, D., Chang, M.-C., Niu, Q. (2010, Jul). Berry phase effects on electronic proper- ties. Rev. Mod. Phys., 82, 1959-2007. Retrieved from https://link.aps.org/ doi/10.1103/RevModPhys.82.1959 doi: 10.1103/RevModPhys.82.1959S

Šmejkal, L., Sinova, J., Jungwirth, T. (2021). Altermagnetism: spin-momentum locked phase protected by non-relativistic symmetries, rxiv:2105.05820.

Creative Commons License

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0.

Derechos de autor 2022 Revista de la Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales