Orbital Rashba effect in a surface-oxidized Cu film

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作者
Dongwook Go,Daegeun Jo,Tenghua Gao,Kazuya Ando,Stefan Blügel,Hyun-Woo Lee,Yuriy Mokrousov
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:103 (12) 被引量:21
标识
DOI:10.1103/physrevb.103.l121113
摘要

Recent experimental observation of unexpectedly large current-induced spin-orbit torque in surface oxidized Cu on top of a ferromagnet suggested a possible role of the orbital Rashba effect (ORE). With this motivation, we investigate the ORE from first principles by considering an oxygen monolayer on top of a Cu(111) film. We show that surface oxidization of Cu film leads to gigantic enhancement of the ORE for states near the Fermi surface. The resulting chiral orbital texture in the momentum space is exceptionally strong, reaching $\sim 0.5\hbar$ in magnitude. We find that resonant hybridization between O $p$-states and Cu $d$-states is responsible for the emergence of the ORE. We demonstrate that application of an external electric field generates huge orbital Hall current, which is an order of magnitude larger than the spin Hall current found in heavy metals. This implies that "orbital torque" mechanism may be significant in surface oxidized Cu/ferromagnet structures. It also encourages experimental verification of the orbital texture in surface oxidized Cu through optical measurements such as angle-resolved photoemission spectroscopy.
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