Estados de borda em junções de isolantes topológicos 2D e ferromagnetos: textura de spin e espectro - Zanon, Julian (2021)
A utilização de materiais com acoplamentos spin-órbita em dispositivos eletrônicos tem despertado grande interesse na área da spintrônica. Entre os materiais promissores se encontram os isolantes topológicos (TIs), uma vez que eles possuem a seguinte característica peculiar: são isolantes em seu bulk, mas possuem estados condutores em suas superfícies (3D)/ bordas (2D). Estes estados metálicos são spin polarizados e protegidos contra espalhamento. Eles poderiam potencialmente ser usados em conjunto com um ferromagneto para transferir e manipular dados. Neste trabalho, nós investigamos junções 2D entre um TI e um isolante normal (NI), e entre um TI e um metal ferromagnético (FM). Modelamos nosso sistema usando o bem conhecido Hamiltoniano Bernevig-Hughes-Zhang (BHZ). Exploramos duas diferentes rotas: (i) um modelo tight-binding, o qual é obtido a partir de uma base mínima e os seus parâmetros são obtido realizando um mapeamento com o Hamiltoniano BHZ contínuo, e (ii) uma versão discretizada do modelo BHZ obtida a partir do método das diferenças finitas. Uma das principais diferenças entre as duas técnicas, é como a interface é levada em conta. Aqui mostramos em detalhes como os dois modelos podem ser mapeados um no outro. Então, investigamos a estrutura de bandas do sistema e analisamos as funções de onda e textura de spins de estados das bordas e do bulk. Além disso, exploramos o papel que diversas simetrias presentes no sistema desempenham, sendo elas: a inversão espacial, partícula-buraco e reversão temporal. Interessantemente, para a junção TI/NI encontramos que é preciso que tanto a simetria de inversão espacial como a simetria partícula-buraco sejam quebradas, para que a degenerescência em spin seja levantada. Nós também examinamos o comportamento dos estados de borda quando a simetria de reversão temporal no sistema é quebrada, e como a magnetização da camada FM afeta a textura de spin. Concluímos o trabalho estabelecendo a validade de ambas as técnicas.