마그논과 스핀알에서의 스핀분극 주사형 터널링 현미경의 적용

Abstract

이 연구는 스핀분극 주사형 터널링 현미경(spin-polarized scanning tunneling microscope)에 대한 전반적인 원리와 터널링 전류를 계산하는 방식을 제시하고, 이를 일반 주사형 터널링 현미경의 결과와 비교한다. 스핀분극 주사형 터널링 현미경이 관측할 대상으로는 마그논과 양자스핀액체를 사용한다. 마그논의 경우 벌집구조 격자와 삼각구조 격자에서의 터널링 전류를 계산하며, 양자스핀액체의 경우 U(1)과 Z2 양자스핀액체를 사용한다. 추가적으로 외부 자기장이 터널링 전류에 어떤 영향을 미치는지 확인하며, 해석적인 접근과 수치적인 접근을 모두 제공한다. 말미에는 프리델 진동(Friedel oscillations)의 스핀 대응현상이 스핀분극 주사형 터널링 현미경을 통해 관측될 수 있음을 시사하며 결과들을 정리하고 마무리한다. 이를 통해 실제 측정이 이루어졌을 때 터널링 전류와 가해준 전압간의 상관관계로부터 측정대상에 어떤 입자들이 있을지 예측할 수 있다.

In this paper, we review the physics of spin-polarized STM(sp-STM) and describe three types of tunneling currents: background current, dynamical current, and spin-spin correlation current. Then, we compare sp-STM to normal STM. Tunneling currents of spin-spin correlator are calculated for magnons, U(1) spin liquid, and Z2 spin liquid. For spinon cases, external magnetic fields are applied. We also claim that dynamical current can be a potential probe to observe the spin analogue of Friedel oscillatioins.