論文の概要: Substrate Effects on Spin Relaxation in Two-Dimensional Dirac Materials
with Strong Spin-Orbit Coupling
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2206.00784v2
- Date: Sun, 4 Dec 2022 01:45:47 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2023-02-11 01:06:14.154706
- Title: Substrate Effects on Spin Relaxation in Two-Dimensional Dirac Materials
with Strong Spin-Orbit Coupling
- Title（参考訳）: 強スピン軌道結合を有する2次元ディラック材料のスピン緩和に及ぼす基板効果
- Authors: Junqing Xu and Yuan Ping
- Abstract要約: スピン緩和に対する基質効果を決定する重要な要因はよく理解されていない。
異なる基板のスピン寿命に対する原型的効果は,2桁の差があることがわかった。
スピン-フリップ散乱によるスピン緩和を特徴付けるため,スピン-フリップ角$thetauparrowdownarrow$という新しい電子量を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.14219428942199
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Understanding substrate effects on spin dynamics and relaxation in
two-dimensional (2D) materials is of key importance for spintronics and quantum
information applications. However, the key factors that determine the substrate
effect on spin relaxation, in particular for materials with strong spin-orbit
coupling, have not been well understood. Here we performed first-principles
real-time density-matrix dynamics simulations with spin-orbit coupling (SOC)
and quantum descriptions of electron-phonon and electron-impurity scattering
for the spin lifetimes of supported/free-standing germanene, a prototypical
strong SOC 2D Dirac material. We show that the effects of different substrates
on spin lifetime can surprisingly differ by two orders of magnitude. We find
that substrate effects on $\tau_s$ are closely related to substrate-induced
modifications of the SOC-field anisotropy, which changes the spin-flip
scattering matrix elements. We propose a new electronic quantity, named
spin-flip angle $\theta^{\uparrow\downarrow}$, to characterize spin relaxation
caused by intervalley spin-flip scattering. We find that the spin relaxation
rate is approximately proportional to the averaged value of
$\mathrm{sin}^{2}\left(\theta^{\uparrow\downarrow}/2\right)$, which can be used
as a guiding parameter of controlling spin relaxation.
- Abstract（参考訳）: 二次元(2次元)材料におけるスピンダイナミクスと緩和に対する基質効果の理解は、スピントロニクスや量子情報応用において重要である。
しかし、特に強いスピン軌道結合を持つ材料において、スピン緩和に対する基質効果を決定する重要な要因はよく理解されていない。
本研究では,スピン軌道結合(soc)と電子-フォノン及び電子-不純物散乱の量子記述を用いた第一原理のリアルタイム密度行列動力学シミュレーションを行った。
スピン寿命に対する異なる基板の効果は、2桁の等級で驚くほど異なることが示されている。
我々は,SOC-フィールド異方性の変化がスピン-フリップ散乱行列要素を変化させることに,$\tau_s$の基板効果が密接に関係していることを発見した。
スピン-フリップ散乱によるスピン緩和を特徴付けるために,スピン-フリップ角$\theta^{\uparrow\downarrow}$という新しい電子量を提案する。
スピン緩和速度は、スピン緩和を制御するための誘導パラメータとして使用できる$\mathrm{sin}^{2}\left(\theta^{\uparrow\downarrow}/2\right)$の平均値にほぼ比例する。
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