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凝聚态物理 > 中尺度与纳米尺度物理

arXiv:2508.18002 (cond-mat)
[提交于 2025年8月25日 ]

标题: 室温下由PdSe$_2$临近效应引起的石墨烯各向异性平面内自旋动力学

标题: Room-temperature anisotropic in-plane spin dynamics in graphene induced by PdSe$_2$ proximity

Authors:Juan F. Sierra, Josef Světlík, Williams Savero Torres, Lorenzo Camosi, Franz Herling, Thomas Guillet, Kai Xu, Juan Sebastián Reparaz, Vera Marinova, Dimitre Dimitrov, Sergio O. Valenzuela
摘要: 范德华异质结构提供了一个多功能平台,通过邻近效应来调节材料的电、磁、光和自旋输运特性。 值得注意的是,六方过渡金属二硫属化物已被证明能在石墨烯中诱导谷-泽曼自旋轨道耦合(SOC),从而在平面内和垂直于平面的自旋取向之间产生显著的自旋寿命各向异性。 然而,由于异质结构的固有三重对称性,平面内寿命仍然保持各向同性。 在此,我们展示了一种五边形 PdSe$_2$,其具有独特的平面内各向异性,能够在石墨烯中诱导前所未有的栅极可调 SOC。 我们的测量结果显示,在室温下,石墨烯平面内取向的自旋自旋寿命出现了惊人的10倍调制。 此外,沿三个空间方向的自旋寿命的方向依赖性表明存在一个持续的平面内自旋纹理成分,主导了自旋动力学。 这些发现加深了我们对范德华异质结构中自旋动力学的理解,并为在强 SOC 情况下设计和工程化基于石墨烯的异质结构中的新型拓扑相开辟了道路。
摘要: Van der Waals heterostructures offer a versatile platform for tailoring electrical, magnetic, optical, and spin transport properties of materials through proximity effects. Notably, hexagonal transition metal dichalcogenides have been shown to induce valley-Zeeman spin-orbit coupling (SOC) in graphene, resulting in significant spin lifetime anisotropy between in-plane and out-of-plane spin orientations. However, in-plane lifetimes remain isotropic due to the inherent threefold symmetry of the heterostructure. Here, we demonstrate that pentagonal PdSe$_2$, characterised by unique in-plane anisotropy, induces an unprecedented gate-tunable SOC in graphene. Our measurements reveal a remarkable 10-fold modulation of the spin lifetime for spins oriented within the graphene plane at room temperature. Moreover, the directional dependence of the spin lifetimes, along the three spatial directions, suggests the existence of a persistent in-plane spin texture component that dominates the spin dynamics. These findings deepen our understanding of spin dynamics in van der Waals heterostructures and open avenues for designing and engineering novel topological phases in graphene-based heterostructures within the strong SOC regime.
主题: 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall) ; 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci)
引用方式: arXiv:2508.18002 [cond-mat.mes-hall]
  (或者 arXiv:2508.18002v1 [cond-mat.mes-hall] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.18002
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: Nature Materials 24, 876-882 (2025)
相关 DOI: https://doi.org/10.1038/s41563-024-02109-2
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来自: Juan F. Sierra [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 8 月 25 日 13:11:54 UTC (7,425 KB)
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