局部对称性保存的石墨/WTe$_2$异质结构中的持久自旋纹理
材料科学
2026-03-03 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
固体中的晶体对称性产生自旋动量锁定，这决定了电子自旋取向如何依赖其动量。这种关系常被称为自旋纹理，对电荷到自旋转换和自旋relaxation具有重要影响，因而是自旋轨道驱动现象的基本特征之一。具有强自旋轨道耦合且破坏反演对称性的材料可容纳持久自旋纹理（PSTs）——动量空间中单向自旋配置，支持高效的电荷到自旋转换和延长的自旋寿命。单层WTe是一种在矩形晶格中结晶的拓扑材料，值得注意的是，其对称性强制实现可倾斜的PST，从而实现具有非拓扑自旋取向的量子自旋霍尔效应。本文我们利用第一性原理计算，探讨WTe与石墨界面后这些性质的修改。我们发现，尽管异质结构中 develops出扩展的电子和空穴能带，导致半金属性，但PST因异质结构中不同区域的局部对称性而得以保存。在此过程中，带隙闭合并消除量子自旋霍尔相位，但自旋霍尔效应在常规和非常规几何中仍然稳健。计算得到的自旋霍尔导电率与其他二维材料相当，PST的存续性表明即使在没有拓扑边缘态的情况下，也可能实现长程自旋传输。此外，石墨层充当了防氧化剂，帮助保护WTe的固有特性，支持该异质结构在自旋电子器件中的潜力。
引用
@article{arxiv.2509.08668,
title = {Persistent spin texture preserved by local symmetry in graphene/WTe$_2$ heterostructure},
author = {Przemyslaw Przybysz and Karma Tenzin and Berkay Kilic and Witold Kozlowski and Pawel J. Kowalczyk and Pawel Dabrowski and Jagoda Slawinska},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.08668},
year = {2026}
}