Топологический эффект Холла и spin swapping в наноструктурах / Рожанский И.В., Денисов К.C., Лифшиц М.Б., Аверкиев Н.С., Lahderanta E.

Помимо классического и аномального эффектов Холла в наноструктурах с киральными спиновыми текстурами возможен топологический эффект Холла (ТЭХ), обусловленный асимметричным обменным рассеянием носителе йзаряда на вихревыхраспределенияхнамагниченности. Ранеесчиталось, чтоТЭХвозможентолькодлятекстурсненулевымтопологическимзарядом. СуществуютдварежимаТЭХвзависимостиотвеличиныадиабатическогопараметра - отношениявременипролетаэлектроначерезобластькиральнойспиновойтекстурыковременирассеянияс переворотомспина. ПрибольшойвеличинеадиабатическогопараметраaрассеяниеописываетсявтерминахкривизныБерри, т. е. эффективногомагнитногополя, знаккоторогоопределяетсяпроекциейспинаэлектрона. Это приводит к асимметричному спин-зависимому рассеяниюносителейнаспиновойтекстуреиспиновомуэффектуХолла. Мы показали, что в этом режиме поперечный спиновый ток действительно пропорционалентопологическомузарядуспиновойтекстуры Q и не зависит от ее размера a. Режим слабой связи отвечаетмалойвеличинеадиабатическогопараметра, он не реализуется в ферромагнитных пленках, однакоявляетсяключевымдляполупроводниковыхматериалов. В этом случае асимметрия обменного рассеяния не зависит от проекции спина электрона и приводит к зарядовому эффекту Холла [1], причемкакдлякиральныхтекстурсненулевым, такисну левымтопологическимзарядом, спиновый ток при этом исчезает. С помощью анализа T-матрицы рассеяния мы установили физическиймеханизмисчезновенияспиновогоэффектаХоллаврежимеслабойсвязиприсохранениизарядовогоэффектаХолла. Добавлениеспин-независимогочленакпотенциалурассеяниявосстанавливаетспиновыйэффектХолла. Показано, чтоврежимеслабойсвязиасимметриярассеянияисчезаетвполуметаллическомслучаеиз-заподавлениярассеянияспереворотомспина [2]. Мыпредсказываемвозникновениеэффекта spin swapping дляобменногорассеяниянакиральныхспиновыхтекстурах. Этотэффектвозникаетужевпервомборновскомприближениииобусловленкорреляциейпрецессииспинаинаправлениемрассеяния. Spin swapping былизвестенранеедлярассеянияназаряженнойпримесисучетомспин-орбитальноговзаимодействия [3], возможныеэкспериментальныеследствияэффектавнастоящеевремяактивнообсуждаются. Какпоказанонами, аналогичноеявлениевозможноиприобменномрассеянии, приэтомконстантасвязии, следовательно, эффективноемагнитноеполенамногосильнее, чемвслучаеспин-орбитальноговзаимодействя, этодаетновуюнадеждунаэкспериментальноеобнаружениеэтогоэффекта.