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n-p 共摻雜石墨烯中的巨Rashba自旋劈裂效應
2019-06-06 08:00   審核人:

石墨烯中引入自旋軌道耦合不僅可以誘導不同的拓撲現象,而且對石墨烯基自旋電子學的發展也有重要意義。雖然已有理論研究建議可以通過在石墨烯上吸附重的金屬元素而引入自旋軌道耦合效應,但是由于較弱的石墨烯-金屬原子相互作用及引入的強帶電散射中心的存在,導致在相關的實驗研究中,自旋軌道耦合效應無法被觀察到。

齊世飛教授與合作者借助補償性n-p共摻雜思想,利用第一性原理計算方法研究了B-Tl和B-In共摻的石墨烯體系,發現n-p共摻雜方法不僅可以有效的克服金屬原子單摻雜石墨烯體系的缺點,而且可以在最大程度的保留石墨烯特性的基礎上引入非常強的自旋軌道耦合效應。具體結果包括:(1)n型和p型摻雜物間的強庫侖吸引可以增強石墨烯與金屬原子Tl和In間的相互作用及增大這些金屬原子在石墨烯表面的擴散勢壘,從而可以有效的抑制金屬原子在石墨烯表面形成團簇;(2)6.25% B-Tl共摻的石墨烯體系可以實現130 meV的巨Rashba自旋劈裂,為其在石墨烯基自旋電子學應用提供了可靠的理論證據;(3)n型和p型摻雜物間電荷補償的本質及相互屏蔽的特點,使得在所研究的不同B-Tl共摻濃度下,體系最大程度的保留了石墨烯能帶結構上的獨特線性色散關系。該理論研究為相關實驗研究提供了詳細可靠的證據,有助于石墨烯中拓撲現象及自旋流的實現。

相關成果以《Engineering giant Rashba spin-orbit splitting in graphene via n-p codoping》為題,于2019年5月22日發表于Phys. Rev. B 2019, 99, 195439。

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磁力引擎天堂圖:不同B-Tl共摻濃度下石墨烯的能帶結構及相應的Rashba自旋軌道劈裂值

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