최근 altermagnet의 발견과 함께 반강자성체의 대칭성과 페르미 표면 스핀 분극 패턴의 상관관계가 응집물리 분야의 중요한 문제로 대두되었다. 본 연구에서는 기존에 공선형 반강자성체(collinear antiferromagnet)에 국한되었던 altermagnet 물리를 비공선형 반강자성체(noncollinear antiferromagnet)로 확장하고, 비공선형 반강자성 금속에서 실공간의 스핀 구조와 운동량 공간의 스핀 소용돌이 구조의 관계를 최초로 규명하였다. 특히, 카고메 반강자성체와 같이 단위 세포에 스핀이 세 개 이상 포함되어 있는 비공선형 반강자성체에서 스핀 분극 소용돌이 구조가 나타남을 이론적으로 증명하였는데, 이는 스핀-궤도 결합이 없는 반강자성 물질에서도 마치 Rashba 물질에서처럼 운동량 공간에서 회전하는 스핀 구조가 나타날 수 있음을 규명한 것이다. 또한, 비공선형 반강성체와 초전도체의 계면에서 스핀 소용돌이 구조로 인해 위상 초전도 상태가 유도됨을 보였다.
  

We explore the relationship among the magnetic ordering in real space, the resulting spin texture on the Fermi surface, and the related superconducting gap structure in non-collinear antiferromagnetic metals without spin-orbit coupling. Via a perturbative approach, we show that non-collinear magnetic ordering in a metal can generate momentum-dependent spin texture on its Fermi surface, even in the absence of spin-orbit coupling, if the metal has more than three sublattices in its magnetic unit cell. Thus, our theory naturally extends the idea of altermagnetism to non-collinear spin structures. When superconductivity is developed in a magnetic metal, as the gap-opening condition is strongly constrained by the spin texture, the nodal structure of the superconducting state is also enforced by the magnetism-induced spin texture. Taking the non-collinear antiferromagnet on the kagome lattice as a representative example, we demonstrate how the Fermi surface spin texture induced by noncollinear antiferromagnetism naturally leads to odd-parity spin-triplet superconductivity with nontrivial topological properties.

Authors: Seung Hun Lee, Yuting Qian, Bohm-Jung Yang

Publication date: 10 May 2024

Link: Phys. Rev. Lett. 132, 196602 (2024) - Fermi Surface Spin Texture and Topological Superconductivity in Spin-Orbit Free Noncollinear Antiferromagnets (aps.org)