WS$_2$衬底上高迁移率石墨烯中电场可调近邻自旋轨道相互作用的自旋输运

支撑于过渡金属硫族化物衬底上的石墨烯提供了一个新颖的平台，用于在衬底诱导自旋轨道耦合存在下研究石墨烯中的自旋输运，同时保留其本征电荷输运性质。我们报道了在完全支撑于3.5 nm厚二硫化钨（WS$_2$）衬底上、并从顶部以8 nm厚六方氮化硼层封装的石墨烯中首次进行的非局域自旋输运测量。对于迁移率高达16,000 cm$^2$V$^{-1}$s$^{-1}$的石墨烯，我们在电子和空穴掺杂区均测得几乎恒定的自旋信号，且与底层WS$_2$衬底的导通状态无关，这排除了WS$_2$自旋吸收的作用。石墨烯-on-WS$_2$中电子的自旋弛豫时间$\tau_{\text{s}}$急剧降低至约10 ps，而同一芯片上石墨烯-on-SiO$_2$的$\tau_{\text{s}}$约为800 ps。$\tau_{\text{s}}$的强烈抑制以及量子磁电阻测量中可探测的弱反局域化特征，是WS$_2$诱导石墨烯自旋轨道耦合（SOC）的明确效应。通过在封装区域施加顶栅电压，我们将电场调制1 V/nm，使$\tau_{\text{s}}$改变近四倍，这表明了面内Rashba SOC的电场调控。此外，通过$\tau_{\text{s}}$的载流子密度依赖性，我们还在石墨烯-WS$_2$界面的空穴掺杂区辨识出D'yakonov-Perel'型机制的痕迹。