单层 PtSe$_2$ 中的本征与 extrinsic 自旋轨道耦合及自旋弛豫

单层 PtSe$_2$ 是一种半导体性过渡金属硫族化物，具有间接带隙、空间反演对称性和高载流子迁移率。强本征自旋轨道耦合以及通过栅极诱导 extrinsic 自旋轨道场的可能性，使 PtSe$_2$ 对基础自旋输运研究及潜在自旋电子学应用颇具吸引力。我们对该材料中的自旋轨道耦合与自旋弛豫进行了系统的理论研究。具体而言，我们采用第一性原理方法获取 PtSe$_2$ 的基本轨道与自旋轨道性质，也包括存在外横向电场时的情况。我们计算了电子与空穴布洛赫态的自旋混合参数 $b^2$ 与自旋轨道场 $\Omega$。该信息使我们能够预言由 Elliott-Yafet 与 D'yakonov-Perel 机制导致的自旋寿命。我们发现 $b^2$ 相当大，量级为 $10^{-2}$ 与 $10^{-1}$，而 $\Omega$ 随掺杂强烈变化，在电场 1 V/nm 下，对于 $(10-100)$ meV 典型费米能级区间、载流子密度 $10^{13}-10^{14}\,\mathrm{cm}^{-2}$ 区间约为 $10^{3} - 10^{4}\,\mathrm{ns}^{-1}$。我们估计自旋寿命处于皮秒量级。