Spin transitions driven by electric dipole spin resonance in fluorinated single- and bilayer-graphene quantum dots
研究了在周期性变化的电势驱动下，稀氟化石墨烯量子点的自旋跃迁。单层石墨烯的薄片被认为是以及在双层石墨烯中诱导的静电电子陷阱。在紧束缚方法内获得定态，并用于本征态的基础来描述系统动力学。顶层的稀磁导致束缚态的谷简并度升高，并由于薄片内的电流循环而使轨道磁偶极矩衰减。此外，由吸附原子引起的顶层的表面变形引入的自旋-轨道耦合允许由AC电场驱动自旋翻转。对于双层量子点，自旋翻转时间比实验自旋弛豫时间短得多。讨论了多光子跃迁和多能级跃迁的动力学效应。
2016-12-21 cond-mat.mes-hall
Electrically tunable resonant scattering in fluorinated bilayer graphene
adatom修饰的石墨烯提供了一个有前途的新途径自旋电子学在1000极限。我们结合实验和理论来研究稀氟化双层石墨烯的电子性质，其中氟吸附原子共价键合到顶部石墨烯层。我们发现，氟吸附原子引起的共振杂质态附近的电荷中性点的双层，导致强烈的散射的载流子和跳跃传导内的场诱导带隙。值得注意的是，跨层的电场的应用示出调谐的共振散射振幅从氟吸附原子的近两倍。结合玻尔兹曼输运方程和完全量子力学方法的理论分析很好地解释了实验观察。这种范例可以推广到许多双层石墨烯吸附原子材料，我们设想，实现电可调共振可能是石墨烯为基础的自旋电子器件的一个关键优势。
2015-10-06 cond-mat.mes-hall
Enhanced spin-orbit coupling in hydrogenated and fluorinated graphenes studied from first principles
用第一性原理方法计算了氢化和氟化石墨烯的自旋轨道耦合（SOC）。研究发现，在费米能级附近，SOC诱导的能带分裂可以从纯Raphene的约10 $^{-6}$ eV显著增强到约10 $^{-2}$ eV，这与金刚石甚至原型半导体中的能带分裂相当.并提出了两种不同的机制来解释这两个系统中的SOC增强。研究发现，碳原子的$^3$杂化不仅能提高有机碳含量，还能提高氟原子的本征有机碳含量.我们希望在这些系统中能观察到许多由SOC引起的有趣现象（如自旋霍尔效应）。
2009-07-22 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit coupling in fluorinated graphene
我们报告的氟化石墨烯的自旋轨道耦合效应的理论研究。第一性原理密度泛函计算进行了密集和稀吸附原子覆盖范围的限制。密度极限由单面半氟化石墨烯表示，其是具有约10 meV的自旋轨道分裂的金属。为了模拟单个吸附原子的影响，我们还计算了一个$10 \times 10$超晶胞的电子结构，其中一个氟原子在顶部的位置。由于这种稀释限制是有用的研究自旋输运和自旋弛豫，我们还介绍了一个现实的有效跳跃哈密顿量，基于对称性的考虑，它描述了费米能级周围的超原胞带。我们提供的哈密顿参数是最适合的第一原理数据。我们证明，不同于氢吸附原子的情况下，氟的自身的自旋轨道耦合是巨大的诱导局部自旋轨道耦合在石墨烯的主要原因。$sp^3$杂化诱导的石墨烯的$σ$键的自旋轨道耦合转移对氢化石墨烯很重要，但贡献要小得多。此外，由于氟吸附原子诱导的自旋轨道耦合的大小是原始石墨烯的大约$1000$倍，是氢化石墨烯的10倍。与氢不同的是，氟吸附原子在狄拉克点处不是窄共振散射体。在稀释极限下氟化石墨烯的态密度的共振峰位于狄拉克点以下260 meV。峰是相当宽的，约300 meV，使氟吸附原子只是一个弱共振散射。
2015-04-05 cond-mat.mes-hall
Structures of Fluorinated Graphenes and Their Signatures
最近的氟化石墨烯的合成引入了有趣的稳定的石墨烯衍生物。特别是，氟石墨烯（CF），即完全氟化的椅子构象，被发现显示关键的功能，如高机械强度，带电表面，局部磁矩由于空位缺陷和宽带隙迅速减少均匀应变。这些属性，以及结构参数和电子密度的状态被发现与氟覆盖范围的规模。然而，迄今为止报道的大多数实验数据既不为CF，也不为其他CnF结构符合从第一性原理计算获得的结果。在这项研究中，我们试图澄清分歧的来源。
2011-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Melting of Partially Fluorinated Graphene: From Detachment of Fluorine Atoms to Large Defects and Random Coils
氟化石墨烯的熔化是非常不寻常的，并且强烈地依赖于熔融的程度。对于低于1000 K的温度，完全氟化的石墨烯（FFG）比石墨烯更热机械稳定，但在T $_m\approx$ 2800 K时，FFG转变为无规卷曲，其几乎是石墨烯的熔融温度（即5300 K）的两倍。对于氟化石墨烯（PFG），高达30%的波纹在2000 K左右导致单个F原子的分离，而对于40- 60%的波纹，超过1500 K时形成大的缺陷，并且超过60%的PFG原子保持与石墨烯键合直到熔化。结果同意最近的实验上的依赖性的可逆性的过程中的百分比的反式。
2013-12-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin relaxation in fluorinated single and bilayer graphene
我们提出了一个联合的实验和理论研究的作用，氟吸附原子的载流子的自旋和动量散射在稀氟化石墨烯和双层石墨烯。实验自旋翻转和动量散射率和它们对氟和载流子掺杂的密度的依赖性，分别通过弱本地化和电导率测量，并建议氟作为共振磁性杂质的作用。对于估计的几个100 ppm的氟浓度，所观察到的自旋寿命在1- 10 μ s的范围内。理论上，我们通过拟合密度泛函超原胞计算建立了氟化石墨烯和双层石墨烯的紧束缚电子结构，并对相同器件内的自旋翻转和动量散射率进行了全面分析，旨在对两种散射通道进行一致的描述。我们发现，在石墨烯中的共振散射是非常敏感的共振能级的精确位置，以及巡回载体和本地化的自旋之间的交换耦合的大小。实验数据表明存在弱自旋翻转散射体，同时强烈地放松电子动量，几乎保持了电子-空穴对称性。这种散射体的共振能比密度泛函理论在稀释极限下预测的更接近中性点。列入一个磁矩上的氟吸附原子使我们能够定性捕获的实验速率的载流子密度的依赖性，但预测一个更大的（较弱的）自旋（动量）弛豫率比测量。我们讨论可能的情况下，可能负责的差异。我们的系统研究揭示了准确捕捉石墨烯上吸附原子行为的复杂性。
2019-03-21 cond-mat.mes-hall
Spiral graphone and one sided fluorographene nano-ribbons
采用从头算、半经验和大尺度分子动力学模拟研究了氢化/氟化石墨烯纳米带的不稳定性.自由站立的半无限扶手椅状氢化/氟化石墨烯（AC-GO/AC-GF）和船状氢化/氟化石墨烯（B-GO/B-GF）（沿着Z字形方向周期性的纳米带）是不稳定的并且自发地转变成螺旋结构。我们发现，卷起的螺旋B-GO和B-GF在能量上比螺旋AC-GO和AC-GF更有利，这与双面平坦的氢化/氟化石墨烯，即石墨烷/氟代石墨烯相反。我们发现，在轧制过程中，随着能隙的增加，堆积的螺旋结构在边缘处表现出意想不到的局部HOMO-LUMO。这些卷曲的烃结构在室温以上至少达到$T$ = 1000 K时是稳定的。
2013-03-09 cond-mat.mes-hall
Patterning Nanoroads and Quantum Dots on Fluorinated Graphene
使用从头算方法，我们已经研究了石墨烯的结晶，并发现，不同的化学计量相可以形成没有成核势垒，与完整的“2D-Teflon”CF相是热力学上最稳定的。氟化石墨烯是一种绝缘体，并且被证明是用于图案化原始石墨烯的纳米电极和量子点的完美基质-宿主。可以通过改变边缘取向和宽度来调节纳米颗粒的电子和磁性。量子点的最高占据和最低未占据分子轨道（HOMO-LUMO）之间的能隙是依赖于尺寸的，并且显示出典型的狄拉克费米子的限制。此外，我们研究了不同的基本覆盖的石墨烯（与化学计量CF和C $_{4}$ F）的带隙的影响，并显示这些材料的适用性主机石墨烯量子点具有独特的电子性能。
2011-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exchange interactions and frustrated magnetism in single-side hydrogenated and fluorinated graphene
采用海森堡模型，从第一性原理出发，分析了单面氢化（C $_2$ H）和氟化（C $_2$ F）石墨烯的磁性.我们预测了这两个系统的受抑基态，这意味着共线自旋结构的不稳定性，并揭示了在最近的实验中证明的缺陷石墨烯中没有常规的磁有序。此外，我们的研究结果表明，在低温下的高度相关的磁行为提供了自旋液体状态的可能性。
2013-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Charge doping induced phase transitions in hydrogenated and fluorinated graphene
我们发现，电荷掺杂可以诱导氢化和氟化石墨烯中三种不同的吸附物相之间的转变。通过结合从头算，近似密度泛函理论和紧束缚计算，我们确定了过渡从岛的C $_8$ H $_2$和C $_8$ F $_2$的随机吸附分布周围的掺杂水平$\pm 0.05$ e/C-原子。此外，在具有随机吸附物覆盖的情况下，电荷掺杂被示出为触发有序转变，其中当掺杂水平超过吸附物浓度时，亚晶格对称性自发地被破坏。再杂化能和晶格畸变能使得仅从一侧共价官能化的石墨烯最容易发生这两种相变。与聚集和有序转变相关的能量增益超过室温热能。
2013-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bilayer, hydrogenated and fluorinated graphene: QED vs SU(2) QCD theory
基于对双层、氢化和氟化石墨烯的实验和计算研究，我们采用了强关联态的U（1）QED（量子电动力学）和SU（2）QCD（量子色动力学）理论。与非二分三角晶格不同，在二分蜂窝晶格上，总是存在一个在所有微观对称性下平凡变换的量子点，使狄拉克自旋液体（DSL）不稳定，从而可以连续地将DSL态调谐到具有母SU（2）而不是U（1）规范群的状态。SU（2）理论描述了一种不同于通常DSL的自旋液体状态，除了量子临界点之外，它可能相对于Neel或价键固体（VBS）相是不稳定的。这种观点意味着石墨烯系统中存在VBS态的可能性。
2020-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Electronic Structures and Optical Properties of Partially and Fully Fluorinated Graphene
在这封信中，我们研究了部分和完全氟化的石墨烯的电子结构和光学性质相结合的从头计算G0W0计算和大规模的多轨道紧束缚模拟。我们发现，对于部分氟化的石墨烯，成对的氟原子的出现比未成对的原子更有利。我们还发现，不同类型的结构无序，如碳空位，氟空位，氟空位团簇和氟扶手椅和扶手椅团簇，将引入不同类型的带隙中间态和额外的激发内的光学间隙。此外，我们认为，本地形成的$sp^3$债券后，可以区别于其他的无序诱导机制，不破坏$sp^2$混合轨道通过测量的偏振旋转的偏振光。
2015-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Fluorinated graphene films with graphene quantum dots for electronic applications
本文分析了含石墨烯量子点的氟化石墨烯薄膜的载流子输运、非平衡电荷弛豫和电子结构。在氢氟酸水溶液中通过化学功能化制备了具有GQD的FG薄膜。FG屏障内的电位释放的高波动已被检测到在高达200 mV的范围内。一个唯象的表达式，描述的时间依赖于量子限制水平和薄膜厚度（GQD之间的势垒参数）的GQD的非平衡电荷发射的建议。官能化程度的增加导致GQD尺寸的减小、GQD对载流子输运的影响的去除以及非平衡电荷的弛豫。FG膜与GQD的电子性质的研究已经揭示了单极电阻开关效应的膜中具有相对高的介电常数和高电流调制的晶体管结构中具有较低的介电常数。具有GQD的2D膜被认为对于各种电子应用（非易失性存储器、与光学控制和逻辑元件的2D连接）具有相当大的潜力。
2022-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene/fluorinated graphene systems for a wide spectrum of electronics application
利用2D打印技术在固体和柔性基底上制备了石墨烯和氟代石墨烯（FG）异质结构。显示了印刷的石墨烯层的优异稳定性，以及在较小程度上，复合石墨烯：PEDOT：PSS层的优异稳定性。FG作为石墨烯基异质结构的绝缘层在介电度高于30%时表现出非凡的性能。结果表明，薄膜（20-40 nm）的漏电流通常小于10^-8 A/cm 2，击穿场强大于108 V/cm。在具有印刷FG层的混合结构中，其中石墨烯被转移到FG层上或用FG层封装，观察到电荷载流子迁移率和材料电导率增加了5-6倍。FG层的未来应用范围可以进一步扩展，这是由于从弱氟化石墨烯（< 20%）获得呈现负微分电阻行为的功能层以及在20- 23%的折射率下获得具有达到几个数量级的电流调制的场效应晶体管沟道的可能性。基于氟石墨烯和V2 O 5或聚乙烯醇的复合或双层膜表现出稳定的电阻转换行为。总的来说，石墨烯/FG异质结构在包括柔性电子在内的广泛应用中具有巨大的潜力。
2022-05-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Flexibility of Fluorinated Graphene-Based Materials
研究了在由于弯曲变形而产生的拉伸和压缩应变下，含有氟化石墨烯（FG）薄片和化学气相沉积（CVD）生长的各种取向度的石墨烯的不同膜和结构的电阻率。将通过CVD法生长的石墨烯和多层石墨烯膜通过层压转移到柔性基板上，并进行热处理。它们表现出弱的收缩度（F/C低于20%）。在两种情况下，压缩应变导致电阻率的强烈（一到两个数量级）降低，这很可能与通过氟化石墨烯形成额外的导电路径有关。两种类型的CVD生长的FG的弯曲所造成的拉伸应变高达3%，导致电阻率的恒定值或在重复的应变循环下的电阻率的不可逆的增加。在具有印刷在聚乙烯醇上的FG薄膜的结构的情况下，在高达6.5%的拉伸应变（弯曲半径为2 mm）下观察到稳定的双极电阻开关。在拉伸应变下的交叉杆忆阻器结构的优异性能表明，悬浮产生的FG膜和结构特别有希望用于柔性电子器件。
2022-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Absence of stable atomic structure in fluorinated graphene
基于第一性原理计算的结果，我们证明了由氟原子的吸附引起的石墨烯片的显著变形导致形成亚稳态图案，对于该亚稳态图案，下一步骤的吸附在能量上是相当不利的。这些沿扶手椅方向取向的稳定图案的存在使得各种CFx结构的合成成为可能。非氟化石墨烯片的强扭曲与由C-F键的极性性质引起的掺杂的组合降低了迁移的能量成本和迁移势垒的能量，使得氟原子在石墨烯表面上的迁移以及氟化区域的形状的转变成为可能。随着氟含量的增加，迁移的能量成本降低，也导致单个氟吸附原子的数量增加，这可能是磁矩的来源。
2016-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Spin inversion in fluorinated graphene n-p junction
我们认为稀释的氟化石墨烯纳米粒子作为自旋活性元素。氟吸附原子引入局部自旋-轨道Rashba相互作用，引起电子通过时的自旋-旋进。在没有外部磁场的情况下，由于自旋进动的方向取决于电子动量，因此输运由吸附原子的多重散射主导，这抵消了自旋进动效应。如果费米能级电子以相同的动量多次通过同一吸附原子附近，自旋进动效应的积累是可能的。为了布置这些条件，可以通过例如原子力显微镜的尖端的电势将圆形n-p结引入到带。在量子霍尔条件下，电子电流沿着结被限制。电子自旋相互作用与本地Rashba场的变化与准束缚态的寿命，这是控制与结的边缘的耦合带。我们证明，自旋翻转概率可以以这种方式增加多达三个数量级。
2017-11-16 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Tuning Hydrogen Adsorption and Electronic Properties from Graphene to Fluorographone
通过氢和氟官能化石墨烯已被提出作为调节其反应性和电子性质的途径。然而，到目前为止，所提出的系统存在降解和有限的氢吸附能力。本研究结合基于密度泛函理论和反应分子动力学的第一性原理计算，分析了氟化和氢化单层石墨烯中氢吸附和电子性质的调控。我们的研究结果表明，氟吸附促进更强的碳$-$氢键。通过改变氟和氢的浓度，可以调整电荷密度转移和电子性质，如带隙和自旋分裂，增加它们对电子和自旋电子器件的潜在适用性。尽管氟不影响总H掺入，但$\textit{ab initio}$分子动力学结果表明，3%氟化石墨烯增加氢锚定，表明氢化和氟化石墨烯用于储氢和相关应用的潜力。
2020-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fluorine-induced local magnetic moment in graphene: A hybrid DFT study
最近的实验证据表明，氟化石墨烯在F吸附原子周围产生局部磁矩，但这并没有得到半局域密度泛函理论（DFT）计算的支持，其中孤立的F吸附原子的吸附在石墨烯中不诱导磁矩。在这里，我们表明，这样一个不正确的预测的电子基态是由于半局域交换相关泛函固有的自相互作用的错误。通过对石墨烯上孤立F原子的混合密度泛函理论计算，不仅预言了F原子的自旋极化基态（自旋矩为1 bohr磁子），而且还预言了石墨烯晶格的二分性以及石墨烯态的诱导自旋极化所引起的长程自旋极化.这一结果为氟化石墨烯中局域磁矩的实验观测提供了支持。
2013-04-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic and magnetic properties of graphene-fluorographene nanoribbons: Controllable semiconductor-metal transition
本文通过DFT和有效Hubbard模型研究了嵌入氟化石墨烯中的石墨烯纳米带，发现αα体系为反铁磁半导体，αβ体系为铁磁且随宽度发生半导体-金属转变，为氟化调控石墨烯性质及器件应用提供了理论基础。
2024-09-30 cond-mat.mes-hall
Enhanced Raman Scattering on Functionalized Graphene Substrates
研究了罗丹明6G分子在纯石墨烯、氟化石墨烯和4-硝基苯基功能化石墨烯基底上的石墨烯增强拉曼散射。通过制作大的拉曼图，研究了拉曼信号增强的均匀性。拉曼信号的相对增强被证明是依赖于官能团，这是合理的原始，氟化和4-硝基苯基官能化的石墨烯基板的不同掺杂水平。首次考虑了石墨烯的费米能和分子的声子能的影响，以解释增强。这种方法使得能够理解增强，而无需假设石墨烯表面上分子的均匀性。通过改变激发能，进一步证明了理论与实验数据的一致性。
2021-07-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Theory of spin-orbit induced spin relaxation in functionalized graphene
我们进行了比较研究的自旋弛豫自旋轨道耦合诱导吸附原子（氢和氟）在石墨烯。应用两种方法，给出一致的结果：一个完整的量子输运模拟的石墨烯纳米粒子，和一个T-矩阵计算使用格林函数的一个单一的吸附原子在石墨烯。对于氢化石墨烯，自旋弛豫的主导自旋轨道项是PIA，由于赝自旋反转不对称性，迄今为止被忽视的相互作用。相反，在氟化石墨烯中，PIA和Rashba耦合破坏性地干扰，降低总自旋弛豫速率。在这种情况下，我们还预测了一个强烈的偏离预期的2：1自旋弛豫各向异性面外和面内自旋取向。我们的研究结果将有助于功能化石墨烯的自旋弛豫和弱局域化实验的基准。
2015-05-29 cond-mat.mes-hall
Electron Confinement Induced by Diluted Hydrogen-like Ad-atoms in Graphene Ribbons
我们报告的二维系统的电子性质的石墨烯纳米带，这是图案化的广告原子在两个独立的区域。由于杂质的存在引起的额外的电子限制，我们发现共振能级，准束缚和杂质诱导的局域态，这决定了系统的输运性质。无论系统中的ad原子的分布，我们应用能带折叠程序的简单模型和预测的能量和空间分布的杂质诱导的状态。我们考虑到两种不同的情况：间隙石墨烯和随机分布的广告原子在低稀释制度的存在下。在这两种情况下，仍然检测到缺陷引起的共振。我们的研究结果将鼓励实验者合成这些系统，并采用例如扫描隧道光谱（STS）来表征它们的准局域态。此外，共振输运特征可用于电子应用和分子传感器装置。
2015-07-30 cond-mat.mes-hall
Exchange interactions from a nonorthogonal basis set: from bulk ferromagnets to the magnetism in low-dimensional graphene systems
提出了一种计算各向同性自旋模型中交换常数的方法。该方法使用的哈密顿和重叠矩阵计算的密度泛函计划的基础上非正交基组。我们证明，新的方法实现的SIESTA代码再现海森堡相互作用的简单的金属块体铁磁体从以前完善的计算方法。然后，我们解决$sp$磁性的石墨烯纳米结构。对于氟化石墨烯，我们得到的交换相互作用与以前的计算结果相当吻合，使用最大局域化的Wannier函数，我们证实了120 $^\circ$ Néel状态的理论预测。与锯齿形石墨烯纳米颗粒的磁性边缘状态相关联，我们发现快速衰减的交换相互作用，然而，具有非常规的距离依赖性$\exp(-\sqrt{r/δ})$。我们发现，从交换相互作用中得到的刚度常数与以前基于扭曲自旋组态的总能量差的估计是一致的。我们强调，我们的方法是一种有效的工具，用于分析新的混合纳米结构，其中金属和有机成分被整合，形成异国情调的磁性图案。
2019-02-02 cond-mat.mes-hall
Tuning the electronic transport properties of graphene through functionalisation with fluorine
石墨烯的电子性质的工程化引发了人们对电子学和光电子学潜在应用的极大兴趣。在这里，我们展示了通过氟官能化来调节石墨烯单层和多层的电子输运性质的可能性。我们表明，通过调整氟含量不同的电子传输制度可以访问。对于单层样品，随着氟含量的增加，我们观察到电子输运从二维Mott变程跳跃到Efros-Shklovskii变程跳跃的转变。具有高浓度氟的多层氟化石墨烯显示二维Mott可变范围跳跃传输，而CF 0.28多层薄片具有0.25eV的带隙并显示热激活传输。我们的实验结果表明，控制石墨烯功能化程度的能力有助于设计石墨烯材料的不同电子特性。
2011-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of dilute impurities on short graphene Josephson junctions
我们研究了非磁性杂质的稀释均匀空间分布对弹道石墨烯约瑟夫森结在短结极限下维持的平衡超电流的影响。在Dirac-Bogoliubov-de Gennes方法和安德森模型的杂质建模，我们得到的超导和它的平衡功率谱。我们发现一个修改的电流相位关系与减少的偏斜引起的混乱，和非单调的临界电流的温度依赖性。的潜力的超导功率谱的准确光谱的杂化Andreev束缚态杂质光谱突出。在低温极限下，超导零频热噪声直接探测费米能级处的谱函数。
2022-09-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin-orbit coupling in methyl functionalized graphene
我们提出了第一性原理计算的电子能带结构和自旋轨道效应的甲基分子功能化的石墨烯在密集和稀的限制。密度极限由用一个甲基吸附分子官能化的2 $\times$ 2石墨烯超晶胞表示。计算得到的自旋轨道分裂值达到了$0.6$ meV。通过研究一个大的，7 $\times$ 7，超原胞与一个甲基admolecule的稀释极限推断。这个超晶胞的电子能带结构被拟合到一个由量子力学导出的有效哈密顿量，使我们能够提取特定的跳跃参数，包括内在的，Rashba，和PIA（赝自旋反转不对称性）自旋轨道项。这些邻近诱导的自旋轨道参数具有约1 meV的量值，与固有自旋轨道耦合为约10 $μ$ eV的原始石墨烯相比是巨大的。我们发现，这种巨大的本地增强的起源是$sp^3$的破坏和本地赝自旋反转对称性，在氢吸附原子的情况下。同样类似于氢，甲基充当共振散射体，在电荷中性点附近具有窄的共振峰。我们还计算了类似STM的图像，显示了石墨烯上甲基周围不同能量下的局部电荷密度。
2016-01-26 cond-mat.mes-hall
Dilute magnetism in graphene
在吸附原子浓度低至$\sim1\%$时，计算了用磁性吸附原子分布在单个子晶格上或均匀分布在两个子晶格上的石墨烯的相图。在$s$ - $d$相互作用的框架内，我们考虑了由于吸附原子的随机定位和/或在磁矩方向上的热波动引起的无序效应。尽管存在的障碍，磁相被证明是稳定的最低浓度访问这里。这一结果与几个实验观察结果一致，其中吸附原子修饰的石墨烯已被证明具有磁响应。特别地，本理论提供了对Hwang等人[Sci. Rep. 6，21460（2016）]，其中对于用S原子修饰的石墨烯，在$\sim30\,\text{K}$下方发现铁磁相。
2019-01-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Model spin-orbit coupling Hamiltonians for graphene systems
我们提出了一个详细的理论研究的有效自旋轨道耦合（SOC）哈密顿石墨烯为基础的系统，涵盖全球的影响，如接近基板和本地SOC的影响，例如，从稀释吸附功能化。我们的方法结合了群论和紧约束描述。我们考虑具有全局点群对称性$D_{6h}$、$D_{3d}$、$D_{3h}$、$C_{6v}$和$C_{3v}$的结构，其分别表示例如原始石墨烯、石墨烯微波纹、平面氮化硼、衬底上的石墨烯和独立式石墨烯。某些自旋-轨道耦合参数的存在与特定点群对称性的缺乏相关。特别是在$C_{6v}$的情况下-石墨烯在衬底上，或横向电场-我们指出的存在下，除了传统的本征和Rashba的贡献，迄今在文献中被忽视的第三个SOC参数。对于所有的全球结构，我们提供有效的SOC哈密顿在当地的原子和布洛赫形式。稀释吸附物覆盖导致局部点群对称性$C_{6v}$、$C_{3v}$和$C_{2v}$，它们分别代表在中空、顶部和桥位置的稳定吸附。对于每种配置，我们提供有效的SOC哈密顿原子轨道的基础上，尊重当地的对称性。除了给出具体的解析表达式模型SOC哈密顿，我们还提出了一般（不去）的论点，缺乏某些SOC条款。
2016-10-27 cond-mat.mes-hall
Spintronics and Pseudospintronics in Graphene and Topological Insulators
用无质量Dirac方程描述了石墨烯和拓扑绝缘体中的二维电子系统。虽然这两个系统具有相似的哈密顿量，但它们在自旋轨道耦合强度方面是极性相反的。我们简要回顾了在石墨烯中实现长自旋弛豫时间的努力，其弱自旋轨道耦合，并实现大电流诱导的自旋极化的拓扑绝缘体表面状态，具有强自旋轨道耦合的状态。我们还评论了两个系统的磁响应和稀矩耦合特性之间的差异，以及双层石墨烯中巨磁电阻的赝自旋模拟。
2013-08-15 cond-mat.mes-hall
Boron and nitrogen doping in graphene antidot lattices
石墨烯反点晶格（GAL）的自下而上的制造先前已经产生了具有亚纳米周期性的原子级精确结构。专注于这种类型的实验实现的GAL，我们进行密度泛函理论计算的原始结构，以及GALs与边缘碳原子取代硼或氮。我们发现，p-和n-型掺杂水平出现的活化能，取决于在杂质的氢化水平。此外，紧束缚参数化与格林函数方法一起被用来描述更稀的掺杂。
2016-07-27 cond-mat.mes-hall
Evidence for a quantum-spin-Hall phase in graphene decorated with Bi2Te3 nanoparticles
石墨烯器件中量子自旋霍尔效应的实现一直是一个突出的挑战，可以追溯到拓扑绝缘体领域的开始。石墨烯极弱的自旋轨道耦合--源于碳的低质量--构成了主要的障碍。我们从实验和理论上研究了通过用稀Bi 2 Te 3纳米颗粒随机装饰来增强石墨烯中的自旋轨道耦合。值得注意的是，多终端电阻测量表明存在的螺旋边缘状态的量子自旋霍尔相位的特性，磁场和温度依赖的电阻峰值，X射线光电子能谱，扫描隧道光谱，和第一性原理计算进一步支持这种情况。这些观察结果突出了石墨烯基量子自旋霍尔平台中自旋电子学和量子信息应用的途径。
2018-10-16 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit coupling in hydrogenated graphene
采用第一性原理计算研究了氢原子吸附在石墨烯中的自旋轨道耦合。由于$sp^3$杂化，氢的化学吸附导致自旋轨道耦合的局部增强，这强烈依赖于局部晶格畸变。由减少的对称性和诱导的偶极矩的局部结构的指导下，我们使用群论提出现实的最小哈密顿量，再现相关的自旋轨道效应的单面半氢化石墨烯（graphone）和一个单一的氢吸附原子在一个大的超级电池。主线性自旋轨道带分裂是由局域赝自旋反转对称性的破缺和同一子晶格上自旋翻转的出现所驱动的。
2013-03-12 cond-mat.mes-hall
Scaling behavior of spin transport in hydrogenated graphene
我们使用Landauer-Büttiker公式和自旋相关的紧束缚哈密顿量计算了氢化石墨烯的自旋输运。使用这种方法的优点是它同时给出了关于薄层电阻和局域化长度以及自旋弛豫长度的信息。此外，Landauer-Büttiker公式可以使用递归格林函数技术非常有效地计算。先前关于氢化石墨烯自旋弛豫时间的理论结果与实验不一致。在这里，我们研究了随机排列的磁矩，自旋通道之间的干扰明确包括在石墨烯的磁缺陷。我们发现自旋弛豫长度和薄层电阻与杂质浓度几乎成线性关系。此外，氢化石墨烯中的自旋弛豫机制仅在电荷中性点附近或在高度稀释的杂质极限下是马尔可夫的。
2015-07-17 cond-mat.mes-hall
Diffusion of fluorine adatoms on doped graphene
利用密度泛函理论计算了稀释极限下氟原子在掺杂石墨烯上的扩散势垒。我们发现，势垒$Δ$强烈地依赖于石墨烯的掺杂（$δn$）的大小和性质：它增加空穴掺杂（$δn<0$）和电子掺杂（$δn>0$）减少。在中性点附近，函数依赖性可以近似为$Δ=Δ_0-α\, δn$，其中$α\simeq6\times10^{-12}$ meVcm $^2$。这种效应导致即使在室温下掺杂的扩散常数的显着变化，也可能会影响低温扩散动力学由于存在衬底诱导的电荷水坑。此外，这可能打开了通过使用局部门在石墨烯上设计F动力学的可能性。
2014-07-15 cond-mat.mes-hall
Electrical Control of the Chemical Bonding of Fluorine on Graphene
我们利用密度泛函理论计算研究了稀氟原子在石墨烯上的电子结构。我们发现，吸附在石墨烯中的C原子顶部的F原子的化学键的性质强烈依赖于载流子掺杂。在中性样品中，F杂质诱导下面的C原子形成sp^3类键，从而产生六方晶格的局部畸变。当石墨烯被电子掺杂时，C原子会缩回到石墨烯平面，对于高掺杂（10^14 cm^-2），其电子结构对应于几乎纯的sp^2构型。我们用一个简单的紧束缚模型解释了sp^3-sp^2掺杂引起的交叉，并讨论了这种变化的物理后果。
2011-01-24 cond-mat.mes-hall
Magnetic Structure of Hydrogen Induced Defects on Graphene
利用密度泛函理论、Hartree-Fock方法、精确对角化方法和数值重整化群方法研究了石墨烯表面化学吸附的稀氢原子的电子结构. DFT和Hartree-Fock计算之间的比较，使我们能够确定的缺陷的磁结构的主要特征。我们使用这些信息来制定一个安德森-哈伯德模型，捕捉系统的主要物理成分，同时仍然允许严格的电子相关性的治疗。我们发现，大的氢-碳杂化使缺陷的结构介于与原始石墨烯弱耦合的吸附原子和碳空位之间。杂质的磁矩泄漏到石墨烯层中，其中C原子上的电子关联在稳定磁性溶液中起重要作用。最后，我们讨论了近藤效应的影响。
2011-12-12 cond-mat.mes-hall
Spin Manipulation in Graphene by Chemically-Induced Sublattice Pseudospin Polarization
自旋操纵是实现自旋逻辑器件和自旋电子电路的关键挑战之一。石墨烯被认为是实现自旋操纵的理想材料，但到目前为止，新的范例和示范者有限。在这里，我们表明，某些杂质，如氟原子，局部打破亚晶格对称性，而不形成强磁矩，可能会导致自旋输运特性的显着变化。杂质共振能级被发现与长程亚晶格赝自旋极化相关，通过局部解耦自旋和赝自旋动力学，激发了巨大的自旋寿命电子空穴不对称性。在稀杂质的限制下，自旋寿命可以从几百皮秒静电调谐到几纳秒，提供了一个化学工程前所未有的自旋器件功能的协议。
2016-03-02 cond-mat.mes-hall
Magnetism in the Dilute Electron Gas of Rhombohedral Multilayer Graphene
本综述探讨了轻掺杂菱面体多层石墨烯中由库仑相互作用和能带拓扑驱动的电子磁性相变，通过电子气框架结合第一性原理与实验相图分析，揭示了短程相互作用、顺磁振子及自旋-轨道耦合对磁性与超导相互作用的机制。
2024-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Aharonov-Casher effect and quantum transport in graphene based nano rings: A self-consistent Born approximation
在这项研究中，Rashba耦合诱导Aharonov-Casher效应在石墨烯基纳米环的理论研究。基于石墨烯的纳米环被认为是连接到半无限石墨烯纳米带的中心装置。在Rashba自旋轨道相互作用的存在下，两个扶手椅形的边缘纳米带被认为是半无限的铅。利用非平衡格林函数方法得到了系统的量子输运特性。在自洽玻恩近似的弛豫和退相机制进行审查。Lopez-Sancho方法也适用于获得的自能量的铅。我们揭示了系统的非平衡电流具有可测量的Aharonov-Casher振荡相对于Rashba耦合强度。此外，我们已经观察到相同的振荡在稀杂质制度中的振荡的振幅被示出作为弛豫的结果被抑制。
2017-11-05 cond-mat.mes-hall
Ordered states of adatoms on graphene
我们表明，在石墨烯上的环氧键合的吸附原子的稀系综有形成空间相关的状态伴随着石墨烯的电子光谱的间隙的趋势。这种效应来自于吸附原子之间的电子介导的相互作用，具有特殊的$1/r^3$距离依赖性。部分有序转变由无规键三态Potts模型描述。
2009-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gap-modulated doping effects on indirect exchange interaction between magnetic impurities in graphene
磁性杂质的稀释分布被假定为存在于掺杂的石墨烯中。我们计算了两个磁性杂质之间的相互作用能，这两个磁性杂质通过掺杂的传导电子通过间接交换或Ruderman-Kittel-Kasuva-Yosida（RKKY）相互作用耦合。当前模型是半填充的$AB$晶格结构。我们的计算是基于延迟格点格林函数形式主义的动量-能量空间，这是采用线性响应理论，以确定在坐标空间中的磁化率。当磁性杂质被放置在该结构的$A$和$B$亚晶格位置上时，得到了带隙石墨烯的分析结果。已经发现，由于能隙的存在，这种在确定自旋排序中很重要的相互作用对于掺杂石墨烯中的$AA$和$BB$交换能是显著不同的，并且归因于局部场在$A$和$B$子晶格上不相等的结果。对于掺杂的石墨烯，从铁磁到反铁磁的所有三种RKKY相互作用的振荡随着费米能量的增加而被能隙在幅度和相位上显著修改。另外，$AB$交换能可以通过未掺杂石墨烯的带隙的存在而改变，但由于掺杂的传导电子的主导作用，掺杂的石墨烯不存在带隙。
2012-11-21 cond-mat.mes-hall
Scattering theory of spin-orbit active adatoms on graphene
从理论上研究了二维无质量狄拉克费米子在石墨烯上物理吸附的原子物种的稀浓度的局域自旋轨道相互作用中的散射。石墨烯和吸附原子轨道之间的杂化提升了原始主体材料的自旋和谷简并性，产生了丰富的自旋-轨道耦合机制，其特征由蜂窝晶格上的确切吸附位置（桥、中空或顶部位置）和吸附原子的外壳轨道类型确定。有效的仅石墨烯的哈密顿量来自对称性考虑，而微观紧束缚方法连接有效的低能耦合和石墨烯-吸附原子杂化参数。在$T$矩阵形式主义，（自旋相关）散射事件涉及石墨烯的载流子，和自旋轨道活性吸附原子的理论。与intravalley和intervalley散射的自旋电流被发现倾向于反对对方。我们建立了在一定条件下，空心位置的吸附原子引起的自旋霍尔效应，通过斜散射，而顶部位置的吸附原子诱导横向电荷电流通过三角势散射。我们还确定了临界费米能量范围内的自旋霍尔效应显着增强，相关的横向自旋电流可以逆转。
2014-08-20 cond-mat.mes-hall
Copper adatoms on graphene: theory of orbital and spin-orbital effects
我们提出了一个相结合的DFT和模型哈密顿分析的自旋-轨道耦合在石墨烯诱导的铜吸附原子的桥梁和顶部的位置，代表孤立的原子在稀极限。在这两个系统中的轨道物理被发现是令人惊讶的相似，在本地对称性的根本差异。在这两个系统中的铜p和d的贡献在费米能级是非常相似的。基于轨道效应的知识，我们确定了局部诱导的自旋轨道耦合的主要原因是铜的p和d轨道。通过采用DFT + U形式主义作为分析工具，我们发现，p和d轨道的贡献是同样重要的自旋轨道耦合，虽然p的贡献的状态密度要高得多。我们适合的DFT数据与现象学紧束缚模型分别开发的顶部和桥梁的位置。我们的模型哈密顿量描述了整个布里渊区的低能电子能带结构，并允许我们提取的大小的自旋轨道相互作用引起的本地铜吸附原子是在几十meV。通过将唯象模型应用到格林函数技术中，我们发现铜原子在石墨烯中作为共振杂质，其顶和桥的寿命分别为50和100~fs。
2016-10-06 cond-mat.mes-hall
Position-dependent tight-binding model for Li impurities in monolayer and bilayer graphene
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET)（阿根廷国家科学研究委员会）；Instituto de Investigaciones en Fisicoquímica de Córdoba (INFIQC)（科尔多瓦物理化学研究所）；Universidad Nacional de Córdoba, Facultad de Ciencias Químicas（科尔多瓦国立大学理学院）；Instituto de Física Enrique Gaviola (IFEG-CONICET)（恩里克·加维亚多物理研究所）；FaMAF, Universidad Nacional de Córdoba（科尔多瓦国立大学数学、物理学和化学学院）
研究单层和双层石墨烯中锂杂质的电子结构，开发含锂位置依赖性的半经验紧束缚模型，通过拟合确定参数，准确再现费米能级附近电子能带，揭示杂质势空间分布差异，为研究锂杂质提供有效框架。
2026-07-21 cond-mat.mes-hall
Electromagnetic coupling and transport in a topological insulator-graphene hetero-structure
本研究针对拓扑绝缘体-石墨烯异质结构的电磁耦合问题，分析了拓扑绝缘体的磁电极化率拓扑效应与相对介电常数，在有限低温下对含低浓度电离杂质的石墨烯电导率的作用，为新型器件研发提供理论参考。
2023-01-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin Transport in Hydrogenated Graphene
本文从理论上综述氢化石墨烯中的自旋输运，阐明氢化诱导的自旋轨道耦合与局域磁性如何通过磁散射共振和Elliott-Yafet机制决定自旋寿命，并指出磁性是超净石墨烯中自旋极化损失的主要来源。
2015-04-07 cond-mat.mes-hall
Vacancy induced magnetism in graphene and graphene ribbons
我们解决的电子结构和磁性的空位和空隙在石墨烯和石墨烯带。利用平均场哈伯德模型，我们研究了去除单个原子（空位）和多个相邻原子（空洞）所产生的磁织构以及它们之间的磁相互作用。基于Lieb定理的一组简单规则将缺陷的原子结构和空间排列与出现的磁序联系起来。给定缺陷的总自旋$S$取决于它的亚晶格不平衡，但是具有S=0的一些缺陷仍然可以具有局部磁矩。亚晶格的不平衡性也决定了缺陷之间是铁磁相互作用还是反铁磁相互作用，并在一些简单的情况下研究了这些磁相互作用的范围。我们发现，在半导体扶手椅带和二维石墨烯没有全球的亚晶格不平衡有最大的缺陷密度以上，局部磁化消失。有趣的是，具有非耦合局域矩的半导体石墨烯带的电子性质与稀磁半导体的电子性质非常相似，呈现出巨大的塞曼分裂。
2008-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Proximity induced spin orbit effects in graphene on Au
我们引入了一个$p_{z}-d$耦合模型哈密顿量的$π$ -石墨烯/金带，预测一个相当大的内在的自旋轨道（SO）耦合，在最近的实验和DFT研究报告。在分析斯莱特-科斯特紧束缚方法中工作，我们能够识别出与增强SO耦合相关的重叠轨道，包括亚晶格对称（BC）和ATOP（AC）堆叠配置。我们的模型的有效哈密顿量再现相当好的实验光谱的两个登记处，此外，它表明，空心网站配置（BC），其中A/B网站保持对称，产生较大的增加SO耦合。我们还探讨了Au稀释的情况下保持BC配置，并表明它呈现保留的SO间隙与未稀释的情况下，但具有较小的石墨烯-金距离类似的SO相互作用增强。
2019-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetism in chiral multilayer 2D semimetals
我们计算了手性多层二维半金属中存在稀浓度随机磁性杂质时的温度相关长程磁耦合，即，未掺杂的本征多层石墨烯。假设分离良好的磁性杂质之间存在载体介导的间接RKKY交换相互作用，而巡游载体介导杂质之间的磁性相互作用，我们利用有效手性哈密顿模型研究了本征多层石墨烯的磁性.我们发现由于石墨烯层的菱面体堆叠序列中态密度的增强，多层石墨烯的磁有序在连续极限下是铁磁的。的铁磁转变温度计算使用有限温度自洽场近似，并发现在实验范围内的杂质载流子耦合的合理值。
2017-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct coupling between charge current and spin polarization by extrinsic mechanisms in graphene
自旋电子学--全电子控制电子自旋，用于量子或经典信息存储和处理--是二维材料石墨烯最有前途的应用之一。尽管原始石墨烯具有可忽略的自旋轨道耦合（SOC），但理论和实验都表明石墨烯中的SOC可以通过外在手段（例如通过吸附原子杂质的官能化）来显著增强。我们提出了一个理论的运输在石墨烯中占满自旋相干动力学的载体，包括迄今为止被忽视的自旋旋进过程中的共振散射与稀杂质。我们确定了一种新的“各向异性自旋进动散射”过程，具体到二维和非本征SOC，这有助于在石墨烯中的大电流诱导的自旋极化。该理论还产生了一个全面的描述的自旋弛豫机制在杂质修饰的石墨烯：Elliot-Yafet和Dyakonov-Perel弛豫率都存在，我们发现，后者可以占主导地位的载流子密度和杂质强度的一些选择。这为设计未来石墨烯基集成自旋电子器件提供了理论基础。
2016-08-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain-induced superfluid transition for atoms on graphene
本文通过量子蒙特卡罗与平均场方法证明，石墨烯晶格膨胀可解锁吸附原子的多种二维有序态，并在实验可行应变下诱导原子级薄超流相，为探索奇异量子物态提供新途径。
2022-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
High-resolution real-space evaluation of the self-energy operator of disordered lattices: Gade singularity, spin-orbit effects and p-wave superconductivity
无序是影响物质凝聚态行为的一个关键因素，然而，由于量子干涉、自旋和轨道自由度之间的纠缠以及量子临界点附近所起的重要作用，其影响的真实程度通常难以确定。在这里，我们表明，一个粒子的无序自能-由于随机分布在晶体中的缺陷和杂质的低能量激发的重整化的直接探针-可以通过无偏的晶格格林函数的光谱展开在计算上方便的方式获得。我们的计划提供了一个强大的框架来映射出前所未有的大紧束缚系统中的电子激发的频率和波矢依赖性，高达$10^9$轨道，能量分辨率仅限于平均水平间距。我们证明了我们的方法在3个不同的问题的通用性：（i）Gade奇点在蜂窝层与稀释拓扑缺陷;（ii）丰富的景观的杂质共振在自旋轨道耦合铁磁体;和（iii）裁剪的紧急s波和p波超导相在石墨烯通过原子缺陷。这些例子揭示了丰富的功能，在无序自能$Σ_{\textrm{dis}}(\mathbf{k},ω)$是不存在的自洽的T-矩阵方法和其他常见的近似方案，其中包括制度的非平凡的波矢量依赖性和异常依赖于杂质浓度。我们的研究揭开了令人困惑的，迄今为止在很大程度上无法访问的，在量子材料和无序相的物质中的强非微扰量子干涉效应的表现。
2022-09-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
