二维单硫族化物半导体中的自旋分裂

我们报道了块体及原子级薄层 GaS、GaSe、GaTe 和 InSe 中最上价带（UVB）和最下导带（LCB）自旋分裂的第一性原理计算。这些层状单硫族化物除单斜晶系 GaTe 外，根据堆叠顺序呈现四种主要多型体。块体及少层 $\epsilon$- 和 $\gamma$-型，以及奇数层 $\beta$-型 GaS、GaSe 和 InSe 晶体是非中心对称的。布里渊区 $\Gamma$-点附近 UVB 和 LCB 的自旋分裂有限，但仍小于诸如 GaAs 等闪锌矿半导体中的分裂。另一方面，由于空间反演对称性的约束，在中心对称的块体及偶数层少层 $\beta$-型 GaS、GaSe 和 InSe 中自旋分裂为零。相比之下，GaTe 表现出零自旋分裂，因为其直至单层都是中心对称的。在这些单硫族化物半导体中，非简并导带和价带与相邻能带的分离导致 Elliot-Yafet 自旋弛豫机制受到抑制。因此，当 D'yakonov-Perel' 自旋弛豫机制也被抑制时，这些具有零或极小自旋分裂体系中的电子和空穴自旋弛豫时间预计将超过 GaAs 中的相应值。