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n-p 共掺杂石墨烯中的巨Rashba自旋劈裂效应
2019-06-06 08:00   审核人:

石墨烯中引入自旋轨道耦合不仅可以诱导不同的拓扑现象,而且对石墨烯基自旋电子学的发展也有重要意义。虽然已有理论研究建议可以通过在石墨烯上吸附重的金属元素而引入自旋轨道耦合效应,但是由于较弱的石墨烯-金属原子相互作用及引入的强带电散射中心的存在,导致在相关的实验研究中,自旋轨道耦合效应无法被观察到。

齐世飞教授与合作者借助补偿性n-p共掺杂思想,利用第一性原理计算方法研究了B-Tl和B-In共掺的石墨烯体系,发现n-p共掺杂方法不仅可以有效的克服金属原子单掺杂石墨烯体系的缺点,而且可以在最大程度的保留石墨烯特性的基础上引入非常强的自旋轨道耦合效应。具体结果包括:(1)n型和p型掺杂物间的强库仑吸引可以增强石墨烯与金属原子Tl和In间的相互作用及增大这些金属原子在石墨烯表面的扩散势垒,从而可以有效的抑制金属原子在石墨烯表面形成团簇;(2)6.25% B-Tl共掺的石墨烯体系可以实现130 meV的巨Rashba自旋劈裂,为其在石墨烯基自旋电子学应用提供了可靠的理论证据;(3)n型和p型掺杂物间电荷补偿的本质及相互屏蔽的特点,使得在所研究的不同B-Tl共掺浓度下,体系最大程度的保留了石墨烯能带结构上的独特线性色散关系。该理论研究为相关实验研究提供了详细可靠的证据,有助于石墨烯中拓扑现象及自旋流的实现。

相关成果以《Engineering giant Rashba spin-orbit splitting in graphene via n-p codoping》为题,于2019年5月22日发表于Phys. Rev. B 2019, 99, 195439。

全文链接:https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.99.195439

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图:不同B-Tl共掺浓度下石墨烯的能带结构及相应的Rashba自旋轨道劈裂值

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