基于第一性原理的 Elliott-Yafet 自旋-声子弛豫时间

我们提出了一种第一性原理方法，用于计算由 Elliot-Yafet 机制引起的受声子限制的 $T_1$ 自旋弛豫时间。我们的方案将完全相对论的自旋翻转电子-声子相互作用与一种计算具有反演对称性材料中能带电子有效自旋的方法相结合。我们将该方法应用于硅和金刚石，计算了自旋弛豫时间的温度依赖性，并分析了不同声子和谷间过程对自旋弛豫的贡献。在硅中计算的自旋弛豫时间与 50$-$300 K 温度范围内的实验数据极为吻合。在金刚石中，我们预测在 77 K 和 300 K 下的本征自旋弛豫时间分别为 540 $\mu$s 和 2.3 $\mu$s。我们的工作能够对广泛材料中的自旋-声子弛豫时间进行精确预测，为自旋弛豫提供微观洞察，并指导基于自旋的量子技术的发展。