Spin-flip hot spots in ultrathin films of monovalent metals: Enhancement and anisotropy of the Elliott-Yafet parameter
与众所周知的事实相反，自旋翻转热点，即，特殊的\vc{k} -点的费米表面上显示出高的自旋混合参数，不出现在本体的单价（贵金属和碱金属）的金属，我们发现他们的表面布里渊区边界上的这些金属薄膜。用Korringa-Kohn-Rostoker格林函数方法对10层厚的Cu、Ag和Au薄膜进行了密度泛函计算，结果表明，热点周围的区域可能有很大的贡献，例如：52%，这可能导致薄膜中自旋弛豫速率或自旋霍尔角的显著增强。由于自旋翻转热点的出现，在这些系统中还发现了大的Elliott-Yafet参数各向异性[Au（001）为50\%]。这一发现对于自旋电子学的应用是很重要的，在自旋电子学中经常使用贵金属，并且样品的维数减少。
2014-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast demagnetization of ferromagnetic transition metals: The role of the Coulomb interaction
Elliott-Yafet机制可以说是最有前途的候选人来解释铁磁过渡金属的超快退磁动力学的时间尺度上的顺序为100飞秒。到目前为止，只有电子-声子散射已被分析为散射过程需要考虑由于Elliott-Yafet机制的退磁。我们第一次证明了电子-电子散射对Elliott-Yafet机制的贡献有可能解释薄磁性钴和镍薄膜上的时间分辨磁光克尔效应测量，而不涉及声子“自旋浴”。"
2009-06-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Spin relaxation and spin Hall transport in 5d transition-metal ultrathin films
研究了自吸附原子杂质作为散射体的5d过渡金属薄膜中由Elliott-Yafet机制引起的自旋弛豫和由斜散射引起的非本征自旋霍尔电导.的埃利奥特-Yafet参数和自旋翻转弛豫速率的值揭示了一个相互关联，这是在与埃利奥特近似。在10层的厚度，自旋翻转弛豫时间在5d过渡金属薄膜的定量报告约几百纳秒的原子百分比，这是一个和两个数量级短于Au和Cu薄膜，分别。的Elliott-Yafet参数和自旋翻转弛豫速率相对于自旋量子化轴的方向在相对于晶轴的各向异性效应进行了分析。我们发现由于费米面上的Rashba表面态，自旋翻转弛豫速率的各向异性增强，在10层Hf（0001）膜中达到97%，在10层W（110）膜中达到71%。最后，自旋霍尔电导率以及自旋霍尔角由于斜散射的自吸附原子杂质使用玻尔兹曼方法计算。我们的计算采用相对论版本的第一性原理全势Korringa-Kohn-Rostoker格林函数方法。
2014-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Hole spin relaxation in $p$-type (111) GaAs quantum wells
本文研究了$p$型（111）GaAs量子阱中空穴自旋弛豫，其中只考虑最低空穴子带，即（111）GaAs/AlAs中的类重空穴子带和（111）GaAs/InP量子阱中的类轻空穴子带.采用子带Löwdin微扰法得到了包含Dresselhaus和Rashba自旋轨道耦合的有效哈密顿量。在适当的栅压下，（111）GaAs/AlAs量子阱中的面内有效磁场在整个动量空间内都能得到很强的抑制，而（111）GaAs/InP量子阱中的面内有效磁场仅在特定的动量圆上得到抑制。通过完全微观动力学自旋Bloch方程方法计算了D 'yakonov-Perel'和Elliott-Yafet机制引起的空穴自旋弛豫，并明确地包括了所有相关的散射。对于（111）GaAs/AlAs量子阱，预测了极长的重空穴自旋弛豫时间（可达数百纳秒）。此外，我们预测的重空穴自旋弛豫时间的栅电压依赖性由于D 'yakonov-Perel'机制的一个明显的峰值。该峰源于（111）GaAs/AlAs量子阱中独特的非均匀展宽被抑制。此外，由于阱宽较窄的量子阱中轻重空穴之间的自旋混合较小，Elliott-Yafet机制仅在峰区附近影响自旋弛豫.我们还显示了自旋弛豫的各向异性。在（111）GaAs/InP量子阱中，光空穴自旋弛豫时间与栅压的关系也出现了一个与（111）GaAs量子阱中电子的情况类似的温和峰。在这种情况下，Elliott-Yafe…
2012-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of conduction electron spin resonance in boron doped diamond
我们在掺硼（6400 ppm）超导金刚石（Tc = 3.8K）中观察到传导电子的电子自旋共振。我们清楚地确定了传导电子自旋共振（CESR）的基准：几乎与温度无关的ESR信号强度及其幅度，这与通过泡利自旋磁化率从态密度预期的结果吻合得很好。CESR谱线宽度随温度的增加而增加，这可以在自旋弛豫的Elliott-Yafet理论的框架下理解。使用经验Elliott-Yafet关系，在g因子、CESR线宽和电阻率之间观察到异常且尚未解释的关系。
2013-05-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Comment on "Photon energy and carrier density dependence of spin dynamics in bulk CdTe crystal at room temperature"
我们对Ma等人的结论进行了评论[Appl. Phys. Lett. { \bf 94}，241112（2009）]中，Elliott-Yafet机制在室温下本征体CdTe中的高载流子密度下比D 'yakonov-Perel'机制更重要。我们指出自旋弛豫完全来自D 'yakonov-Perel'机制。在自旋弛豫时间的密度依赖性中观察到的峰值正是我们在最近的工作中预测的[Phys. Rev. B { \bf 79}，125206（2009）]。
2009-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hole spin relaxation in intrinsic and $p$-type bulk GaAs
我们从全微观动力学自旋Bloch方程方法研究了本征和$p$型体GaAs中的空穴自旋弛豫。与以往对空穴自旋动力学的研究不同，我们明确地考虑了带内相干性和非极性的空穴-光学-声子相互作用，这两个因素对空穴自旋弛豫都有重要的影响.分析了D 'yakonov-Perel'和Elliott-Yafet机制对空穴自旋弛豫的相对贡献。在计算中，对空穴自旋弛豫起重要作用的屏蔽常数采用无规相位近似处理。在本征GaAs中，我们的结果与室温下的实验数据吻合得很好，其中空穴自旋弛豫被证明是由Elliott-Yafet机制主导的。我们还发现，空穴自旋弛豫强烈依赖于温度和预测的谷的密度依赖性的空穴自旋弛豫时间在低温下由于空穴-电子散射。在$p$型GaAs中，我们预测了自旋弛豫时间与空穴密度的关系在低温下会出现一个峰值，这是由于在简并和非简并区域中屏蔽的不同行为造成的。在散射事件期间屏蔽和动量交换之间的竞争也可以导致在低密度区域中空穴自旋弛豫时间的密度依赖性中的谷。在高温下，由于小的屏蔽常数，屏蔽效应被抑制。此外，我们预测的非单调依赖性的空穴自旋弛豫时间与温度相关的屏蔽连同空穴-声子散射。最后，我们发现，D 'yakonov-Perel'机制可以显着贡献的…（因篇幅限制省略）
2010-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electron-phonon-scattering dynamics in ferromagnetic metals and its influence on ultrafast demagnetization processes
我们从理论上研究了铁磁金属中超快光激发后电子-声子相互作用引起的自旋相关载流子动力学。我们计算了电子波函数中包含自旋轨道相互作用的电子-声子矩阵元和相互作用势。利用玻尔兹曼散射积分中的矩阵元，数值求解载流子的运动方程，得到动量分辨载流子分布。我们发现，光激发与现实的激光强度单独导致一个可以忽略不计的磁化变化，由于电子-声子相互作用的退磁主要是由于空穴散射。重要的是，由于这种Elliot-Yafet型去极化机制而计算出的退磁淬灭不足以解释实验观察到的结果。我们认为，铁磁体的超快退磁并不完全通过Elliott-Yafet型过程发生，即，在存在自旋-轨道相互作用的情况下散射，但是在很大程度上受到能带结构的动态变化的影响，即，交换分裂。
2011-08-22 cond-mat.mtrl-sci
Spin relaxation characteristics in Ag nanowire covered with various oxides
我们利用非局域自旋阀结构研究了Ag纳米线表面覆盖Bi_2O_3，Al_2O_3，HfO_2，MgO和AgOx氧化层的自旋弛豫特性。自旋翻转概率，即在10 K下动量弛豫时间与自旋弛豫时间的比率，随着氧化物构成元素Mg、Al、Ag和Hf的原子序数而呈现逐渐增加。令人惊讶的是，发现Bi 2 O3覆盖层与其他氧化物层相比将概率增加了一个数量级。这一发现表明，存在一个额外的自旋弛豫机制，如在Ag/Bi 2 O3界面的Rashba效应，这不能通过简单的Elliott-Yafet机制通过声子，杂质和表面散射解释。Ag/Bi 2 O3界面可以提供作为自旋到电荷互转换层的功能。
2015-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropy-driven spin relaxation in germanium
一个独特的自旋去极化机制，诱导的g因子各向异性和谷间散射的存在下，揭示了长距离锗器件在纵向磁场的自旋输运测量。电子-声子散射（导致Elliott-Yafet自旋翻转）和这种以前未观察到的物理学的汇合使得能够仅从自旋阀测量中提取自旋寿命，而没有自旋进动，并且在大量电场产生的载流子加热的情况下。我们发现在Ge自旋寿命高达几百纳秒，在低温下，远远超出任何其他可用的实验结果。
2013-11-07 cond-mat.mtrl-sci
Spin-phonon relaxation from a universal \emph{ab initio} density-matrix approach
设计具有长寿命电子自旋态的新量子材料迫切需要一种通用的理论形式和计算技术来可靠地预测本征自旋弛豫时间。本文提出了一种新的、精确的和通用的基于密度矩阵Lindbladian动力学的第一性原理方法来计算具有任意自旋混合和晶体对称性的固体的自旋-声子弛豫时间（$τ_s$）。该方法描述了Elliott-Yafet（EY）和D 'yakonov-Perel'（DP）机制对有和无反转对称系统自旋弛豫的贡献。我们发现，内在的自旋和动量弛豫时间都随着温度的升高而降低，然而，对于DP机制，自旋弛豫时间与非本征散射时间成反比。我们预测了过渡金属二硫属化物自旋寿命的大的各向异性。与广泛材料的实验的良好一致性强调了我们的方法对量子信息科学的关键属性的预测能力。
2020-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory of the spin relaxation of conduction electrons in silicon
采用一个真实的赝势模型研究了体硅中声子诱导的传导电子自旋弛豫。我们发现了一个令人惊讶的微妙的影响自旋弛豫在很宽的温度范围内的艾略特和Yafet过程的干扰，抑制的intravalley自旋翻转散射的意义，以前被认为是占主导地位的，大约120 K以上。计算的自旋弛豫时间$T_1$符合自旋共振和自旋注入数据，遵循$T^{-3}$温度依赖性。预测了$T_1$的谷各向异性和超热电子的自旋弛豫速率。
2009-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous D'yakonov-Perel' spin relaxation in semiconductor quantum wells under strong magnetic field in Voigt configuration
本文报道了在强磁场作用下，半导体量子阱中Voigt组态的D 'yakonov-Perel'自旋弛豫随动量弛豫的反常标度.重点讨论了外磁场垂直于自旋轨道耦合感应的有效磁场且其强度远大于后者的情况。发现即使在强散射极限下，纵向自旋弛豫时间也与动量弛豫时间成正比，表明D 'yakonov-Perel'自旋弛豫具有Elliott-Yafet类行为.此外，横向自旋弛豫时间是成反比（成比例）的动量弛豫时间在弱（强）散射限制，无论是在相反的趋势对既定的传统的D 'yakonov-Perel'自旋弛豫行为。我们进一步证明了上述所有反常标度关系都来自于有效非均匀加宽的唯一形式。
2013-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab initio theory of electron-phonon mediated ultrafast spin relaxation of laser-excited hot electrons in transition-metal ferromagnets
本文报道了bcc结构Fe、fcc结构Co和fcc结构Ni过渡金属铁磁体中电子-声子相互作用引起的电子自旋翻转散射的计算理论研究。Elliott-Yafet电子-声子自旋翻转散射的第一性原理计算，采用广义自旋翻转Eliashberg函数以及从头计算声子色散。为了研究飞秒激光激励铁磁体中电子-声子介导的退磁量，将该方法推广到激光产生的热化和非平衡非热热电子分布。使用开发的形式主义，我们计算声子诱导的自旋寿命的热电子在Fe，Co和Ni。电子-声子介导的退磁率进行评估激光产生的热化和非平衡电子分布。非热分布被发现导致一个更强的退磁率比热，热化分布，但他们的退磁效果是不足以解释实验观察到的退磁发生在亚皮秒制度。
2013-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Driving Force of Ultrafast Magnetization Dynamics
用超短激光脉冲照射铁磁材料会导致飞秒时间尺度上的退磁。我们实现Elliott-Yafet型自旋翻转散射，介导的电子-电子和电子-声子碰撞，到一个自旋分辨玻尔兹曼方程的框架。考虑到三个相互耦合的水库，（i）自旋电子，（ii）自旋电子和（iii）声子，我们跟踪非平衡电子分布期间和之后的激光激发。我们确定的驱动力为超快磁化动力学的电子子系统之间的温度和化学势的平衡。这一原理可以用来很容易地预测在超短激光照射在任何材料的磁化淬灭的最大值，我们显示的例子3d-铁磁镍。
2011-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Electron-phonon scattering dynamics in ferromagnets on ultrafast timescales: Influence of the phonon temperature
采用Elliott-Yafet型动力学模型计算了体相铁磁体在超短光脉冲激发下的磁化响应，该模型考虑了自旋-轨道相互作用对铁磁能带结构的影响，电子-声子相互作用对玻尔兹曼散射积分的影响，以及声子浴温度的动态变化.利用超短光脉冲的实际参数，计算出的在固定能带结构中电子-声子散射可实现的最大磁化淬灭比实验中观察到的淬灭小得多。加热的声子浴被发现并没有明显改变的磁化动力学在超短时间尺度上。
2011-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Magnetization dynamics and damping due to electron-phonon scattering in a ferrimagnetic exchange model
本文提出了一种磁性“玩具”模型磁化阻尼的微观计算方法。“磁性系统由反铁磁耦合到局域自旋的无色散带的巡回载体组成，磁化阻尼是由于在存在自旋轨道耦合的情况下巡回载体耦合到声子浴。使用平均场近似的动力学交换模型，并假设自旋轨道耦合的Rashba形式，我们推导出玻尔兹曼散射积分的分布和自旋相干性的情况下，反铁磁交换分裂，包括仔细分析寿命加宽和磁隙之间的连接。对于Elliott-Yafet型巡游自旋动力学，我们从对应于磁化矢量倾斜的初始条件中提取失相和磁化时间T_1和T_2，并与Landau-Lifshitz或Gilbert阻尼等唯象方程进行比较。我们还分析了该系统的磁化旋进和阻尼，包括各向异性场，并发现通过平均场耦合的载体介导的定域自旋的退相。
2014-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
An experimental demonstration of room-temperature spin transport in n-type Germanium epilayers
我们首次报道了生长在Si（001）衬底上的n型Ge外延层的室温自旋输运的实验结果。通过利用铁磁共振下的自旋泵浦，其固有地赋予与铁磁体连接的半导体自旋电池功能，在室温下在n-Ge中产生纯自旋电流。纯自旋电流的检测是通过使用的逆自旋霍尔效应的Pt或Pd电极上的n-Ge。包括几何贡献的理论模型允许在室温下估计n-Ge中的自旋扩散长度为660 nm。自旋弛豫时间的温度依赖性为Elliott-Yafet自旋弛豫机制提供了证据。
2015-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Mechanism of Spin Scattering in Ta investigated by Scanning Inverse Spin Hall Effect Meters
本文建立了一套基于短接同轴谐振腔的自旋反向霍尔效应扫描测量系统，为自旋输运性质的研究提供了一种高通量的测量方法。通过对不同厚度Ta的Py/Ta双层膜带的自动测量，确定了室温下Ta的自旋扩散长度。结果表明，Ta的自旋扩散长度约为4 nm，电导率约为7.5E5 Ω-1m-1，说明Ta自旋弛豫的内在机制是Elliott-Yafet相互作用.本研究所开发的装置提供了一种方便、有效、无损的方法来获得自旋电子材料的自旋和电子输运特性，这将通过开发新材料并弄清楚它们的机理来丰富这一群体。
2022-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Full first-principles theory of spin relaxation in group-IV materials
我们提出了一个普遍适用的无参数的第一性原理方法来确定电子自旋弛豫时间，并将其应用于技术上重要的第四族材料硅，金刚石和石墨。我们集中在埃利奥特-亚费特机制，自旋弛豫引起的动量散射声子和杂质。在硅中，我们发现一个$\sim T^{-3}$的声子限制自旋弛豫时间T $_1$和一个值的温度依赖性为4.3纳秒，在室温下，与实验一致。对于金刚石和石墨中的声子占主导地位的制度，我们预测一个更强的$\sim T^{-5}$和$\sim T^{-4.5}$的依赖性，限制$T_1$（300 K），分别为180和5.8 ns。本研究的一个关键方面是，我们的方法的参数自由的性质提供了一种方法来研究{ \em任何}类型的杂质或缺陷的自旋输运的影响。此外，我们发现，在硅的自旋混合振幅不遵循$E_g^{-2}$带隙依赖通常分配给III-V族半导体，但遵循一个更弱和相反的$E_g^{0.67}$依赖。在构建硅自旋输运模型时，应考虑这种依赖性。
2012-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Field-induced negative differential spin lifetime in silicon
我们发现，电场诱导的热不对称性之间的电子和晶格系统在纯硅的身份的主要自旋弛豫机制的影响。长距离自旋输运装置的经验结果与详细的蒙特卡罗模拟的比较证实了一个强的自旋去极化，超出了标准的埃利奥特-亚费特理论已经在低温下的预期。增强的自旋翻转机制归因于声子发射过程，在该过程中，电子在位于不同晶轴上的导带谷之间散射。这导致异常行为，其中（超过临界场）自旋注入器和自旋检测器之间的渡越时间的减少伴随着自旋极化的反直觉减少和明显的负自旋寿命。
2011-09-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Spin transport in non-degenerate Si with a spin MOSFET structure at room temperature
非简并半导体中的自旋输运有望为自旋晶体管、自旋逻辑器件和可重构逻辑电路的产生铺平道路，因为Si中的室温（RT）自旋输运已经实现。然而，RT自旋输运已被限制于简并Si，这使得难以产生基于自旋的信号，因为栅极电场不能用于操纵这样的信号。在这里，我们报告的自旋输运在非简并硅自旋金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）结构的实验演示。我们成功地观察到了Hanle型自旋进动信号的调制，这是非简并半导体中的一种特征自旋动力学。在室温下，我们获得了大于20 μm的长自旋输运和大于4π的自旋旋转.我们还观察到了室温下自旋输运信号的门诱导调制.我们成功地观察到了自旋扩散长度随门电压的变化，并将其归因于Elliott-Yafet自旋弛豫机制.这些成果有望为研制实用的Si基自旋MOSFET开辟道路。
2014-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropy of spin relaxation in metals
引入了非磁性金属中自旋弛豫相对于注入电子自旋方向相对于晶体取向的各向异性概念。该效应与Elliott-Yafet参数的各向异性有关，该各向异性是由于自旋量子化轴变化时自旋轨道哈密顿量分解成自旋守恒项和自旋翻转项的调制而产生的。这种各向异性，达到巨大的单轴过渡金属值（如hcp铪830%）的密度泛函计算显示，是有关扩展的“自旋翻转热区”的费米表面上创建的扩展片的接近表面，或“自旋翻转热环”在布里渊区边界，并没有理论上限。简要概述了测量效果的可能方法以及应用中的后果。
2012-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Determination of spin relaxation times in heavy metals via 2nd harmonic spin injection magnetoresistance
在铁磁体和重元素之间的隧道结中，由于自旋轨道耦合很强，其磁电阻主要是隧穿各向异性磁电阻（TAMR）。这使得传统的DC自旋注入技术对于确定自旋弛豫时间（$τ_s$）是不切实际的。在这里，我们表明，这个障碍的测量$τ_s$可以克服的二次谐波自旋注入磁电阻（SIMR）。在二次谐波信号中，SIMR在幅度上与TAMR相当，从而使得Hanle诱导的SIMR能够作为直接确定$τ_s$的有力工具。使用这种方法，我们确定了Pt和Ta的自旋弛豫时间和它们的温度依赖性。由于在很宽的温度范围内电阻率$\times$自旋弛豫时间积是恒定的，因此Pt中的自旋弛豫似乎由Elliott-Yafet机制控制。
2017-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Many-body theory of phonon-induced spin relaxation and decoherence
第一性原理计算能够精确预测电子相互作用和动力学。然而，计算电子自旋动力学仍然具有挑战性。自旋-轨道相互作用导致了各种与声子耦合的动力学现象，如自旋进动和自旋翻转e-ph散射，这些都是目前第一性原理计算难以描述的。在这项工作中，我们展示了一个严格的框架来研究声子诱导的自旋弛豫和退相干，通过计算自旋-自旋关联函数和它的顶点修正由于e-ph相互作用。我们将这种方法应用到一个模型系统中，并发展了相应的GaAs自旋弛豫的第一性原理计算。我们的顶点校正形式主义捕获的Elliott-Yafet，Dyakonov-Perel，和强进动机制-三个独立的自旋退相干制度具有不同的物理起源-从而统一其理论处理和计算。我们的方法是通用的，使自旋弛豫，退相干，并在广泛的材料和设备的运输的定量研究。
2022-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Predicting Phonon-Induced Spin Decoherence from First Principles: Colossal Spin Renormalization in Condensed Matter
发展对自旋退相干的微观理解对于推进量子技术至关重要。由于原子振动（声子）引起的电子自旋退相干起着特殊的作用，因为它对基于自旋的量子器件的性能设置了固有限制。声子诱导自旋退相干的两个主要来源-Elliott-Yafet（EY）和Dyakonov-Perel（DP）机制-具有不同的物理起源和理论处理。在这里，我们显示计算，统一他们的建模，使半导体自旋弛豫和进动的准确预测。我们计算了自旋-自旋关联函数的声子修饰顶点，其处理类似于QED中计算反常电子磁矩。我们发现，顶点校正提供了一个巨大的重整化的电子自旋动力学在固体中，更大的许多数量级比相应的真空中的校正。我们的工作展示了一种定量分析材料中自旋退相干的一般方法，推进了对基于自旋的量子技术的探索。
2022-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Giant Spin Lifetime Anisotropy and Spin-Valley Locking in Silicene and Germanene from First-Principles Density-Matrix Dynamics
通过第一性原理实时密度矩阵（FPDM）动力学模拟，研究了有限温度和外场作用下二维Dirac材料硅烯和锗烯中电子-声子和电子-杂质散射引起的自旋-轨道耦合弛豫.我们讨论了Elliott-Yafet（EY）和D 'yakonov-Perel'（DP）的自旋弛豫机制的传统描述的适用性相比，我们的FPDM方法，这是由一个复杂的相互作用的内在的自旋轨道耦合，外场，和电子-声子耦合强度，超越晶体对称性。例如，室温下硅烯的自旋弛豫时间的电场依赖性接近DP机制，而锗烯的自旋弛豫时间的依赖性类似于EY机制。与石墨烯相比，锗烯具有更强的自旋轨道耦合强度和屈曲结构，在非零Ez和相对低温下，锗烯具有巨大的自旋寿命各向异性和自旋谷锁定效应。更重要的是，锗烯具有极长的自旋寿命（在50 K下约100 ns）和极高的载流子迁移率，这使得它有利于自旋谷电子应用。
2021-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Unifying ultrafast demagnetization and intrinsic Gilbert damping in Co/Ni bilayers with electronic relaxation near the Fermi surface
可控地操纵激光诱导超快磁动力学的能力是未来高速自旋电子器件的先决条件。器件的优化需要超快退磁时间和固有吉尔伯特阻尼的可控性。在以前的尝试建立和之间的关系，稀土掺杂的坡莫合金薄膜具有两种不同的退磁机制是不是一个合适的候选人。本文选择Co/Ni双层膜，通过调节Ni层厚度，利用时间分辨磁光克尔效应（TRMOKE）研究了Co/Ni双层膜中的和之间的关系，得到了这两个参数之间近似成比例的关系。TRMOKE实验与呼吸费米面模型的预测结果吻合较好，证实了大的Elliott-Yafet自旋混合参数与Co/Ni界面强的自旋轨道耦合有关.更重要的是，在费米面附近具有电子弛豫的金属薄膜或异质结构中，与之间的比例关系表明局部自旋翻转散射畴是超快退磁机制，否则是自旋电流机制畴。同时研究超快退磁时间和Gilbert阻尼是区分金属异质结构超快磁猝灭的主要贡献的有效方法。我们的工作为调控金属异质结构如垂直磁各向异性Ta/Pt/Co/Ni/Pt/Ta多层膜的太赫兹辐射强度和效率开辟了一条新的途径，对高频自旋电子器件的设计具有直接的意义。
2017-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultra-fast magnetisation rates within the Landau-Lifshitz-Bloch model
利用Landau-Lifshitz-Bloch（LLB）方程分析了不同自旋$S$值下激光诱导磁化过程中的超快磁化弛豫速率。LLB方程在极限$S \rightarrow \infty$中等价于原子朗道-利夫希茨-吉尔伯特（LLG）朗之万动力学，而对于$S=1/2$等价于M3 TM模型[B. Koopmans，{ \em等}自然垫\textbf{9}（2010）259]。在LLB模型的超快退磁时间（$τ_{M}$）和横向阻尼（$α_{\perp}$）的参数化的内在耦合到浴参数$λ$，定义微观自旋翻转率。我们发现，对于声子介导的Elliott-Yafet机制，$λ$是成比例的非平衡声子和电子温度之间的比率。我们研究了有限自旋数和散射速率参数$λ$对磁化弛豫速率的影响。根据实验数据，对由LLB理论提供的fs退磁率与LLG阻尼之间的关系进行了检验。一个很好的协议，得到有利于的想法，相同的本征散射过程是作用于飞秒和纳秒的时间尺度上的镍，钴和钆。
2010-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Fermi surfaces, spin-mixing parameter, and colossal anisotropy of spin relaxation in transition metals from ab initio theory
用\emph{ab initio}计算了几种金属元素的费米面和Elliott-Yafet自旋混合参数。我们首先关注作为自旋量子化轴方向的函数的EYP的各向异性[Phys.~修订版~ Lett. \textbf{109}，236603（2012）]。我们详细分析了巨大的各向异性的起源$5d$六方晶系金属相比，$5d$立方金属的能带结构计算和讨论我们的结果对施加磁场的稳定性。我们进一步提出了轻（4 $d$和3 $d$）六方晶系的计算，我们发现一个巨大的EYP各向异性的增加，达到巨大的值大$6000\%$在六方晶系钛。我们将这些发现归因于自旋-轨道耦合强度的降低，这促进了费米表面的各向异性自旋翻转热环。为了进行这些调查，我们开发了一个适应四面体为基础的方法精确计算费米面的复杂形状和精确的费米面积分内的全势相对论Korringa-Kohn-Rostoker格林函数方法。
2016-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Robust Spin Interconnect with Isotropic Spin Dynamics in Chemical Vapour Deposited Graphene Layers and Boundaries
利用化学气相沉积（CVD）生长的大面积石墨烯对于开发全自旋存储器和逻辑电路中的可扩展自旋互连至关重要。然而，多层石墨烯片及其边界的存在对自旋动力学的根本影响尚未得到解决，这对于基本理解和应用鲁棒自旋互连是必要的。在这里，我们报告了在特别设计的单层，双层和三层石墨烯通道及其层边界和通常存在于CVD石墨烯样品中的折叠中的通用自旋输运和动态特性。我们观察到均匀的自旋寿命与各向同性自旋弛豫的不同取向的石墨烯层及其边界在室温下的自旋。在所有的非均匀的石墨烯通道，自旋极化面外和面内的自旋寿命各向异性比测量接近统一。我们的分析显示了Elliott-Yafet和Dyakonov-Perel机制的重要性，后者机制在多层通道中的作用越来越大。这些在室温下具有多层补丁及其边界和折叠的大面积非均匀CVD石墨烯上的普遍和各向同性自旋输运的结果证明了其出色的自旋互连功能，有利于可扩展的自旋电子电路的开发。
2020-12-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spin-phonon dispersion in magnetic materials
电子自旋和晶格振动之间的微观耦合是负责从简单磁体中的形态效应到多铁性尖晶石和赤铁矿中的磁介电耦合的一系列奇异性质。传统上，单个自旋-声子耦合常数被用来表征晶格对自旋的影响程度，但它很难完全捕捉到新的电磁行为。在这里，我们引入了自旋-声子色散的概念，以沿着声子晶体动量方向投影自旋矩变化，因此可以映射出整个自旋变化。与声子色散不同的是，自旋-声子色散具有正负两个频率分支（即使在平衡基态），分别对应于自旋增强和自旋减少。我们对bcc Fe和hcp Co的研究表明，自旋力矩阵，即自旋矩的二阶空间导数，与振动力矩阵相似，但其对角元素小于非对角元素.这导致了独特的自旋-声子色散。自旋-声子色散的概念将磁性材料中的传统Elliott-Yafet理论扩展到磁性材料中的整个布里渊区，从而为CoF $_2$和NiO等系统中的激发态打开了大门，其中在THz范围内检测到强自旋-晶格耦合。
2022-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of spin scattering mechanism in silicon channels of Fe/MgO/Si lateral spin valves
利用Hanle效应测量了简并硅基横向自旋阀中自旋弛豫时间τsf的温度演化。300 K时的τsf估计为1.68 ± 0.03 ns，并随温度的降低而单调增加，直到100 K。相比之下，在100 K以下，它几乎显示出恒定的ca值。5 ns。Si沟道的电导率的温度依赖性显示出与τsf类似的行为，即，在100 K以下随温度的降低而单调增加，在100 K以下随温度的降低而弱依赖。电导率的温度演化表明，由于磁性杂质的电子散射是可以忽略的。τsf与动量散射时间的比较表明，Si中的主要自旋散射机制是埃利奥特-雅菲机制，动量散射时间与归因于Cu杂质的τsf的比值约为3.77*10^-6，比铜的比值小两个数量级以上。
2017-04-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.app-ph
Semiclassical kinetic theory of electron spin relaxation in semiconductors
我们发展了半导体中电子自旋弛豫的半经典动力学理论。我们的方法占弹性以及非弹性散射和对待埃利奥特-Yafet和运动窄化过程，如D 'yakonov-Perel'和可变g因子过程，在平等的基础上。针对小自旋极化和小动量转移散射，从全量子动力学方程出发，导出了电子自旋极化的Fokker-Planck方程。然后，我们构建，使用严格的多时间尺度的方法，宏观（$\vec{k}$平均）自旋极化的长时间尺度上，自旋极化衰减的布洛赫方程。自旋守恒的能量弛豫和扩散，发生在一个快速的时间尺度上，初始自旋极化后，已被注入，被纳入和示出产生的权重函数，定义的自旋弛豫张量的计算所需的能量平均值在布洛赫方程。我们的方法提供了一个直观的方式来概念化的自旋极化的动态在一个“测试”的自旋极化散射“场”粒子（电子，杂质，声子）。为了说明我们的方法，我们计算的量子阱的自旋寿命的温度和密度的电子-电子和电子-杂质散射占主导地位。自旋寿命是温度和密度的非单调函数。我们的研究结果表明，在电子密度和温度，从非简并到简并制度的交叉发生，自旋寿命特别长。
2005-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Spin-dependent inter- and intra-valley electron-phonon scattering in germanium
我们研究了锗中$L$和$Γ$谷的自旋相关的电子-声子散射以及导带底附近的能带结构。我们首先在锗中的$L$点附近构造了$16\times16$ ${\bm k}\cdot{\bm p}$汉密尔顿，确保了最低三个导带和最高两个价带的能带结构的正确性。该哈密顿量便于分析传导电子的自旋相关性质。然后，我们证明了$L$和$Γ$谷的声子诱导电子散射，即，锗中的$Γ$ / $L$谷内、$Γ$ - $L$谷间和$L$ - $L$谷间散射。计算了这些散射的选择规则和完全散射矩阵，其中$Γ$谷内散射、$Γ$ - $L$谷间散射以及光-声子和分离的横向-声学-和横向-声学-声子对$Γ$谷内散射的贡献的散射矩阵在文献中未见报道.这些散射矩阵中的系数通过赝势计算得到，这也验证了我们的选择规则和波矢依赖性。我们进一步讨论了在$L$和$Γ$谷处的${\bm k}$ $\cdot$ ${\bm p}$本征态的电子-声子散射中的Elliott-Yafet机制。我们对这些电子-声子散射的研究对于研究锗中自旋和热电子弛豫的光学取向是必不可少的。
2013-05-16 cond-mat.mtrl-sci
