氢化石墨烯结构中的纯自旋电流注入

我们提出了一项关于纯自旋电流（PSC）的自旋速度注入（SVI）的理论研究，该纯自旋电流由线偏振光垂直入射到两种50%氢化的非中心对称二维（2D）石墨烯结构表面所诱导。第一种结构仅在一侧氢化，标记为Up，也称为graphone；第二种标记为Alt，在两侧各25%氢化。氢化在两种结构中均打开了能隙。我们分析了两种可能情形：第一种，自旋固定沿选定方向，计算由此产生的SVI；第二种，我们选择SVI方向沿表面平面，并计算由此产生的自旋取向。这是通过改变入射光的能量 $\hbar\omega$ 和偏振角 $\alpha$ 来实现的。结果是在全电子能带结构方案内使用局域密度近似（LDA）下的密度泛函理论（DFT）计算的。对于Up结构，当 $\hbar\omega=0.084$\,eV 且 $\alpha=35^\circ$ 时，自旋速度达到最大值；对于Alt几何结构，当 $\hbar\omega=0.720$\,eV 且 $\alpha=150^\circ$ 时达到最大值。我们发现当自旋垂直于表面时，Up和Alt结构的速度分别为668\,Km/s和645\,Km/s。此外，通过将自旋速度方向固定于高对称轴可使响应最大化，对于Up结构获得688 Km/s的速度且自旋与表面法线成 $13^\circ$ 角，对于Alt系统获得906 Km/s的速度且自旋与表面法线成 $60^\circ$ 角。这些速度值比块体半导体（如CdSe和GaAs）大一个数量级，从而使得氢化石墨烯结构成为自旋电子学应用的极佳候选。