論文の概要: Spin lifetime anisotropy in graphene induced by the SiO2 interface

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.11615v1
• Date: Wed, 12 Aug 2026 03:49:46 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-08-13 19:07:54.443974
• Title: Spin lifetime anisotropy in graphene induced by the SiO2 interface
• Title（参考訳）: SiO2界面で誘起されるグラフェンのスピン寿命異方性
• Abstract要約: 我々は、SiO$$基板がスピンテクスチャーをどう修飾し、グラフェンのスピン緩和を制御するかを明らかにするために、包括的な数値シミュレーションを用いた。 2D SiO$$基板は、グラフェンのラシュバ型ヘリカルスピンテクスチャを主に誘導し、スピン寿命の異方性は1/2となる。 一方、バルクSiO$$はグラフェンの面内対称性を破り、スピンテクスチャの面内および面外成分に異方性をもたらす。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.594793914499209
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Understanding how common dielectric substrates influence the spin transport properties of graphene is essential for advancing graphene-based spintronic technologies. Here we use a comprehensive set of numerical simulations to reveal how a SiO$_2$ substrate modifies the spin texture and governs spin relaxation in graphene. Using first-principles density matrix dynamics simulations, as well as tight-binding (TB) transport simulations, we quantify the effects of electron-phonon scattering, impurity scattering, and electrostatic disorder on the spin relaxation process. We find that a 2D SiO$_2$ substrate induces a predominantly Rashba-type helical spin texture in graphene, leading to a spin lifetime anisotropy of 1/2. Meanwhile, bulk SiO$_2$ breaks in-plane symmetry in graphene, leading to anisotropic in-plane and out-of-plane components in the spin texture, which we capture with a newly-developed TB model of graphene. Transport simulations under realistic disorder conditions reveal a spin lifetime anisotropy between 0.5 and 1, similar to what is seen in measurements of graphene spin valves on a SiO$_2$ substrate. Our results reveal a more complex picture of spin relaxation at the ubiquitous graphene/SiO$_2$ interface, beyond the standard Rashba model, providing critical insight for interpreting experiments and guiding substrate engineering for graphene spintronics.
• Abstract（参考訳）: 通常の誘電体基板がグラフェンのスピン輸送特性にどのように影響するかを理解することは、グラフェンベースのスピントロニクス技術の発展に不可欠である。 ここでは、SiO$_2$基板がスピンテクスチャをどう修飾し、グラフェンのスピン緩和を制御しているかを明らかにするために、包括的な数値シミュレーションを用いる。 電子フォノン散乱, 不純物散乱, 静電障害がスピン緩和過程に与える影響を定量化する。 2D SiO$_2$基板は、グラフェンのラシュバ型ヘリカルスピンテクスチャを主に誘導し、スピン寿命の異方性は1/2となる。 一方、バルクSiO$_2$はグラフェンの面内対称性を破り、新たに開発されたグラフェンのTBモデルで捉えたスピンテクスチャの面内および面外成分に異方性をもたらす。 現実的な障害条件下での輸送シミュレーションでは、SiO$2$基板上のグラフェンスピンバルブの測定と同様、0.5から1の間のスピン寿命異方性を示す。 以上の結果から, グラフェン/SiO$_2$界面におけるスピン緩和は, 標準ラシュバモデルよりも複雑であり, グラフェンスピントロニクスにおける実験の解釈と基板工学の指導に重要な洞察を与えることができた。

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