基于第一性原理密度矩阵动力学的硅烯与锗烯中的巨自旋寿命各向异性与自旋-谷锁定
材料科学
2021-12-08 v1
摘要
通过第一性原理实时密度矩阵（FPDM）动力学模拟，我们研究了在有限温度与外场下，二维 Dirac 材料——硅烯与锗烯中由电子-声子与电子-杂质散射及自旋轨道耦合引起的自旋弛豫。我们讨论了传统的 Elliott-Yafet（EY）与 D'yakonov-Perel'（DP）自旋弛豫机制描述相对于我们 FPDM 方法的适用性；后者由本征自旋轨道耦合、外场与电子-声子耦合强度的复杂相互作用决定，超越晶体对称性。例如，硅烯在室温下自旋弛豫时间对电场的依赖接近 DP 机制，而锗烯则相当类似 EY 机制。由于锗烯比石墨烯更强的自旋轨道耦合强度与翘曲结构，其在非零 Ez 与较低温度下具有巨自旋寿命各向异性与自旋-谷锁定效应。更重要的是，锗烯具有极长自旋寿命（50 K 时约 100 ns）与超高载流子迁移率，这使其在自旋-谷电子学应用中具优势。
引用
@article{arxiv.2110.01128,
title = {Giant Spin Lifetime Anisotropy and Spin-Valley Locking in Silicene and Germanene from First-Principles Density-Matrix Dynamics},
author = {Junqing Xu and Hiroyuki Takenaka and Adela Habib and Ravishankar Sundararaman and Yuan Ping},
journal= {arXiv preprint arXiv:2110.01128},
year = {2021}
}
备注
9 pages, 4 figures