مقاله انتقال اسپین شبه یک بعدی در فلزات شبکه گرهی ضد فرومغناطیسی Z3

چکیده

In three dimensions, the quasi-one-dimensional (Q1D) transport is commonly thought to only appear in the systems with Q1D chain structure. Here, based on first-principle calculations, we go beyond the common belief to show that the Q1D transport can also be realized in many 3D antiferromagnetic (AFM) metals with topological node structure but without Q1D chain structure, including the existing compounds \b{eta}-Fe2(PO4)O and Co2(PO4)O, and LiTi2O4. All these materials have an AFM ground state and exhibit an ideal crossed Z3 Weyl nodal line in each spin channel, formed by three straight and flat nodal lines traversing the whole Brillouin zone. These nodal lines eventually lead to an AFM Z3 nodal net. Surprisingly, we find that the longitudinal conductivity σxx in these topological nodal net metals is dozens of times larger than σyy and σzz in the up-spin channel, while σyy dominates the transport in the down-spin channel. This means that each spin channel has a Q1D transport signature, and the principal moving direction for the two spin channels is orthogonal, leading to Q1D direction-dependent spin transport. This novel phenomenon can not be found in both conventional 3D bulk materials and Q1D chain materials, and may solely be induced by the Z3 nodal net, as it gradually disappears when the Fermi level moves away from the nodal net. Our work not only enhances the comprehension of topological physics in antiferromagnets, but also opens a new direction for the exploration of topological spintronics.

چکیده به فارسی (ترجمه ماشینی)

در سه بعد ، حمل و نقل شبه یک بعدی (Q1D) معمولاً تصور می شود که فقط در سیستم هایی با ساختار زنجیره Q1D ظاهر می شود.در اینجا ، بر اساس محاسبات اصول اول ، ما فراتر از این عقیده مشترک هستیم تا نشان دهیم که حمل و نقل Q1D همچنین می تواند در بسیاری از فلزات ضد فرومغناطیسی سه بعدی (AFM) با ساختار گره توپولوژیکی اما بدون ساختار زنجیره Q1D ، از جمله ترکیبات موجود \ b {تحقق یابد.ETA} -fe2 (PO4) O و CO2 (PO4) O و LITI2O4.تمام این مواد دارای یک حالت زمینی AFM هستند و در هر کانال چرخش ، خط گره ای Z3 Weyl را در هر کانال چرخش نشان می دهند که توسط سه خط گره مستقیم و مسطح تشکیل شده است که کل منطقه بریلوین را طی می کند.این خطوط گره سرانجام به یک شبکه گره AFM Z3 منجر می شوند.با کمال تعجب ، ما می دانیم که هدایت طولی σxx در این فلزات خالص توپولوژیکی ده ها بار بزرگتر از σyy و σzz در کانال بالا و چرخش است ، در حالی که σyy بر حمل و نقل در کانال چرخشی حاکم است.این بدان معنی است که هر کانال چرخش دارای امضای حمل و نقل Q1D است و جهت اصلی حرکت برای دو کانال چرخش متعامد است و منجر به انتقال چرخش وابسته به جهت Q1D می شود.این پدیده جدید را نمی توان در هر دو ماده فله سه بعدی معمولی و مواد زنجیره ای Q1D یافت ، و ممکن است فقط توسط شبکه گره Z3 القا شود ، زیرا به تدریج وقتی سطح فرمی از شبکه گره دور می شود ، از بین می رود.کار ما نه تنها درک فیزیک توپولوژیکی را در ضد ترومگنت ها تقویت می کند ، بلکه جهت جدیدی را برای اکتشاف اسپینرنیک توپولوژیکی باز می کند.