金属上石墨烯中由自旋轨道邻近效应诱导的狄拉克锥复杂自旋纹理

我们利用大规模 DFT 计算，以前所未有的细节研究了吸附在 Pt(111) 和 Ni(111)/Au 半无限表面上的石墨烯中所谓的自旋轨道（SO）邻近效应，该效应此前通过自旋分辨角分辨光电子能谱（SP-ARPES）实验研究过。关键发现是，由于与金属能带的杂化，狄拉克锥呈现出异常丰富的自旋纹理，包括在（反）交叉处出现的面外甚至径向面内自旋分量，这些位置发生局域能隙打开和偏离线性的现象。金属能带的连续谱特征以及由莫尔条纹引起的能带折叠均增强了自旋纹理并诱导出可观的分裂，然而这些分裂仅在反交叉区域（即电子输运被抑制处）变得巨大（~100 meV）。在准线性区域，分裂的能带通常以不同的展宽色散，并倾向于交叉，其磁化强度连续变化以匹配上下能隙边缘处的磁化。结果，分裂和自旋方向都变得强烈依赖于 k。对于自旋极化的 G/Au/Ni(111) 体系，SO 以类似方式表现，尽管此处磁交换相互作用占主导，在 $\pi$ 能带中诱导出小分裂（~10 meV），而 SO 主要在狄拉克锥中引入小的 Rashba 分裂，因为其磁化获得了螺旋分量。尽管从实验方面揭示如此复杂的自旋纹理似乎具有挑战性，我们的结果为未来针对类似石墨烯基体系的 SP-ARPES 测量提供了重要参考，这些体系因在自旋电子学中的应用而被广泛研究。