Domain walls may play an important role in future electronic devices, given their small size as well as the fact that their location can be controlled. Here, we report the observation of room-temperature electronic conductivity at ferroelectric domain walls in the insulating multiferroic BiFeO(3). The origin and nature of the observed conductivity are probed using a combination of conductive atomic force microscopy, high-resolution transmission electron microscopy and first-principles density functional computations. Our analyses indicate that the conductivity correlates with structurally driven changes in both the electrostatic potential and the local electronic structure, which shows a decrease in the bandgap at the domain wall. Additionally, we demonstrate the potential for device applications of such conducting nanoscale features.

The high-temperature copper oxide superconductors are of fundamental and enduring interest. They not only manifest superconducting transition temperatures inconceivable 15 years ago, but also exhibit many other properties apparently incompatible with conventional metal physics. The materials expand our notions of what is possible, and compel us to develop new experimental techniques and theoretical concepts. This article provides a perspective on recent developments and their implications for our understanding of interacting electrons in metals.

According to Noether's theorem, for every symmetry in nature there is a corresponding conservation law. For example, invariance with respect to spatial translation corresponds to conservation of momentum. In another well-known example, invariance with respect to rotation of the electron's spin, or SU(2) symmetry, leads to conservation of spin polarization. For electrons in a solid, this symmetry is ordinarily broken by spin-orbit coupling, allowing spin angular momentum to flow to orbital angular momentum. However, it has recently been predicted that SU(2) can be achieved in a two-dimensional electron gas, despite the presence of spin-orbit coupling. The corresponding conserved quantities include the amplitude and phase of a helical spin density wave termed the 'persistent spin helix'. SU(2) is realized, in principle, when the strengths of two dominant spin-orbit interactions, the Rashba (strength parameterized by alpha) and linear Dresselhaus (beta(1)) interactions, are equal. This symmetry is predicted to be robust against all forms of spin-independent scattering, including electron-electron interactions, but is broken by the cubic Dresselhaus term (beta(3)) and spin-dependent scattering. When these terms are negligible, the distance over which spin information can propagate is predicted to diverge as alpha approaches beta(1). Here we report experimental observation of the emergence of the persistent spin helix in GaAs quantum wells by independently tuning alpha and beta(1). Using transient spin-grating spectroscopy, we find a spin-lifetime enhancement of two orders of magnitude near the symmetry point. Excellent quantitative agreement with theory across a wide range of sample parameters allows us to obtain an absolute measure of all relevant spin-orbit terms, identifying beta(3) as the main SU(2)-violating term in our samples. The tunable suppression of spin relaxation demonstrated in this work is well suited for application to spintronics.

Spin-orbit coupled systems generally break the spin rotation symmetry. However, for a model with equal Rashba and Dresselhauss coupling constant (the ReD model), and for the $[110]$ Dresselhauss model, a new type of SU(2) spin rotation symmetry is discovered. This symmetry is robust against spin-independent disorder and interactions, and is generated by operators whose wavevector depends on the coupling strength. It renders the spin lifetime infinite at this wavevector, giving rise to a Persistent Spin Helix (PSH). We obtain the spin fluctuation dynamics at, and away, from the symmetry point, and suggest experiments to observe the PSH.

Measurements of transient photoinduced optical absorption in $a$-${\mathrm{As}}_{2}$${\mathrm{Se}}_{3}$ show that carriers thermalize within a distribution of localized states in the band gap. Photocurrent as well as photoinduced optical absorption transients are explained in a unified way with the multiple-trapping mechanism. Under such circumstances, transient photoconductivity provides a spectroscopy of the density of localized states.

We present results for the reflectivity, $R$ of two bulk crystals of ${\mathrm{Ba}}_{2}\mathrm{Y}{\mathrm{Cu}}_{3}{\mathrm{O}}_{7\ensuremath{-}\ensuremath{\delta}}$ which, below the superconducting transition at ${T}_{c}$, show behavior consistent with perfect reflectivity up to an energy of $(3\ensuremath{-}4){k}_{\mathrm{B}}{T}_{c}$. We interpret the reproducibility and high $R$ values (especially $R\ensuremath{\sim}1$ below ${T}_{c}$) as indicative of intrinsic behavior in the highly conducting crystal planes probed by the light. Results above ${T}_{c}$ show that the charge carriers have an enhanced effective mass and low scattering rate at low frequency and temperature, indicating a strong interaction with some excitation.

The results of a systematic study of the optical properties of the ${\mathrm{YBa}}_{2}$${\mathrm{Cu}}_{3}$${\mathrm{O}}_{6+\mathit{x}}$-based insulators and superconductors are reported. Specifically, we present measurements and analysis of the optical reflectivity R of a series of ${\mathrm{YBa}}_{2}$${\mathrm{Cu}}_{3}$${\mathrm{O}}_{6+\mathit{x}}$ crystals in the frequency range from 30 to 20 000 ${\mathrm{cm}}^{\mathrm{\ensuremath{-}}1}$ (4 meV to 2.5 eV), and temperature range from 10 to 270 K. From R we obtain the real part of the frequency-dependent optical conductivity \ensuremath{\sigma}(\ensuremath{\omega}) by Kramers-Kronig analysis. In our discussion, we emphasize the development of structure and spectral weight in \ensuremath{\sigma}(\ensuremath{\omega}) as the compounds change from insulators to high-${\mathit{T}}_{\mathit{c}}$ superconductors with varying O content or Al doping. We identify the free carrier, and interband components of \ensuremath{\sigma}(\ensuremath{\omega}), and focus on the free-carrier component.The free-carrier component is analyzed by calculating \ensuremath{\sigma}(\ensuremath{\omega},T) within a model in which carriers scatter from a spectrum of dispersionless oscillators parametrized by ${\mathrm{\ensuremath{\alpha}}}^{2}$F(\ensuremath{\omega}) (where \ensuremath{\alpha} is the coupling constant and F(\ensuremath{\omega}) is the density of modes). For \ensuremath{\omega}50 meV, \ensuremath{\sigma}(\ensuremath{\omega},T) is well described by weak coupling (\ensuremath{\lambda}\ensuremath{\simeq}0.4) to an F(\ensuremath{\omega}) which is broad on the scale of ${\mathit{k}}_{\mathit{B}}$T. From the fit we obtain the inelastic scattering rate as a function of T, and the spectral weight in the translational, or Drude mode, of the quasiparticles. Above 50 meV, \ensuremath{\sigma} cannot be fit by this scattering model, with any ${\mathrm{\ensuremath{\alpha}}}^{2}$F(\ensuremath{\omega}), which suggests a two-component picture of \ensuremath{\sigma}(\ensuremath{\omega},T). As T is lowered, a ``knee'' in R(\ensuremath{\omega}), and a threshold in the corresponding \ensuremath{\sigma}(\ensuremath{\omega}), is resolved, which we associate with the low-frequency edge of this second component. In addition, a second threshold in the range 15--20 meV is seen at low T, although the magnitude of the change in R is close to our detection limit of 1%. We compare the properties of these thresholds with expectations for a superconducting energy gap as described in BCS theory. Finally, we discuss the implications of other experiments, which also probe the spectrum of low-energy excitations in the cuprate superconductors, on the interpretation of \ensuremath{\sigma}(\ensuremath{\omega},T).

Although Weyl fermions have proven elusive in high-energy physics, their existence as emergent quasiparticles has been predicted in certain crystalline solids in which either inversion or time-reversal symmetry is broken\cite{WanPRB2011,BurkovPRL2011, WengPRX2015,HuangNatComm2015}. Recently they have been observed in transition metal monopnictides (TMMPs) such as TaAs, a class of noncentrosymmetric materials that heretofore received only limited attention \cite{XuScience2015, LvPRX2015, YangNatPhys2015}. The question that arises now is whether these materials will exhibit novel, enhanced, or technologically applicable electronic properties. The TMMPs are polar metals, a rare subset of inversion-breaking crystals that would allow spontaneous polarization, were it not screened by conduction electrons \cite{anderson1965symmetry,shi2013ferroelectric,kim2016polar}. Despite the absence of spontaneous polarization, polar metals can exhibit other signatures of inversion-symmetry breaking, most notably second-order nonlinear optical polarizability, $\chi^{(2)}$, leading to phenomena such as optical rectification and second-harmonic generation (SHG). Here we report measurements of SHG that reveal a giant, anisotropic $\chi^{(2)}$ in the TMMPs TaAs, TaP, and NbAs. With the fundamental and second harmonic fields oriented parallel to the polar axis, the value of $\chi^{(2)}$ is larger by almost one order of magnitude than its value in the archetypal electro-optic materials GaAs \cite{bergfeld2003second} and ZnTe \cite{wagner1998dispersion}, and in fact larger than reported in any crystal to date.

When a polarized light beam is incident upon the surface of a magnetic material, the reflected light undergoes a polarization rotation. This magneto-optical Kerr effect (MOKE) has been intensively studied in a variety of ferro- and ferrimagnetic materials because it provides a powerful probe for electronic and magnetic properties as well as for various applications including magneto-optical recording. Recently, there has been a surge of interest in antiferromagnets (AFMs) as prospective spintronic materials for high-density and ultrafast memory devices, owing to their vanishingly small stray field and orders of magnitude faster spin dynamics compared to their ferromagnetic counterparts. In fact, the MOKE has proven useful for the study and application of the antiferromagnetic (AF) state. Although limited to insulators, certain types of AFMs are known to exhibit a large MOKE, as they are weak ferromagnets due to canting of the otherwise collinear spin structure. Here we report the first observation of a large MOKE signal in an AF metal at room temperature. In particular, we find that despite a vanishingly small magnetization of $M \sim$0.002 $\mu_{\rm B}$/Mn, the non-collinear AF metal Mn$_3$Sn exhibits a large zero-field MOKE with a polar Kerr rotation angle of 20 milli-degrees, comparable to ferromagnetic metals. Our first-principles calculations have clarified that ferroic ordering of magnetic octupoles in the non-collinear Neel state may cause a large MOKE even in its fully compensated AF state without spin magnetization. This large MOKE further allows imaging of the magnetic octupole domains and their reversal induced by magnetic field. The observation of a large MOKE in an AF metal should open new avenues for the study of domain dynamics as well as spintronics using AFMs.