石墨烯中外禀机制导致的电荷电流与自旋极化直接耦合

自旋电子学——即利用全电学控制电子自旋以实现量子或经典信息存储与处理——是二维材料石墨烯最具前景的应用之一。尽管本征石墨烯具有可忽略的自旋轨道耦合（SOC），但理论与实验均表明，石墨烯中的SOC可通过外禀手段（如吸附原子杂质功能化）大幅增强。我们提出一种石墨烯输运理论，该理论考虑了载流子的完整自旋相干动力学，包括此前被忽略的稀杂质共振散射过程中的自旋进动。我们辨识出一种新颖的“各向异性自旋进动散射”过程，该过程为二维与外禀SOC所特有，并导致石墨烯中较大的电流诱导自旋极化。该理论还对杂质修饰石墨烯中的自旋弛豫机制给出了全面描述：Elliot-Yafet与Dyakonov-Perel弛豫率均存在，且我们发现对于某些载流子密度与杂质强度的选择，后者可占主导。这为设计未来基于石墨烯的集成自旋电子器件提供了理论基础。