"Narrow" Graphene Nanoribbons Made Easier by Partial Hydrogenation
大规模制备窄宽度、边缘光滑的石墨烯纳米带是一个挑战。第一性原理研究表明，GNR的氢化反应从GNR的边缘开始，逐渐向中间进行，从而使碳-碳$π$ - $π$键的数目最大化。此外，部分氢化的宽GNRs具有与窄GNRs相似的电子和磁性。因此，对于实际应用而言，没有必要直接生产窄GNR，因为部分氢化可以使宽GNR“更窄”。
2009-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reversible hydrogenation and band gap opening of graphene and graphite surfaces probed by scanning tunneling spectroscopy
通过扫描隧道显微镜和光谱研究了氢化对石墨烯和石墨表面形貌和电子性质的影响。使用Ar/H2等离子体对表面进行化学改性。分析数千个扫描隧道光谱测量，我们确定石墨/石墨烯表面上的氢化学吸附在费米能级附近平均打开0.4 eV的能带隙。我们发现，虽然等离子体处理以不可逆的方式改变了表面形貌，但电子性质的变化可以通过适度的热退火来逆转，并且样品可以再次氢化，从而在第二次氢化后产生类似的，但略有降低的半导体行为。
2012-05-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain engineering on graphene towards tunable and reversible hydrogenation
石墨烯具有二维几何结构和独特的结构-性能关系，是分子传感和储氢应用的极端材料。在这封信中，石墨烯的氢化在机械变形和电子构型之间的相互耦合的程度上进行了讨论。我们的第一性原理计算表明，氢化和外加应变显著改变了石墨烯的原子结构、结合能、力学和电子性质.在10%的面内应变下，氢原子在石墨烯上的结合能在对称相和反对称相分别提高了53.89%和23.56%。此外，对称束缚的氢原子在压缩下的不稳定性表明了氢的可逆存储方法。在反对称相中，氢的结合破坏了石墨烯的sp2特性，这可以在拉伸应变下部分恢复。基于电荷密度的分析揭示了下划线机制。这里报道的结果提供了一种方法，不仅可以以可控和可逆的方式调节氢在石墨烯上的结合，而且还可以通过机械负载和氢掺杂的协同控制来设计石墨烯的性质。
2009-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanism of the electrochemical hydrogenation of graphene
The University of Manchester（曼彻斯特大学）；National Graphene Institute, The University of Manchester（曼彻斯特大学国家石墨烯研究所）；University of Bath（巴斯大学）；Khalifa University of Science and Technology（哈利法科学技术大学）；Universidade Federal do Ceará（塞阿拉联邦大学）；Universiteit Antwerpen（安特卫普大学）；University of Antwerp（安特卫普大学）；Nanjing University of Information Science and Technology（南京信息工程大学）
研究揭示石墨电化学氢化机制，通过质子吸附与H₂分子形成竞争，展示其高效率和可逆性，为控制二维材料电子性质提供新途径。
2025-10-23 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Measurement of Topological Berry Phase in Highly Disordered Graphene
我们在磁场高达65 T的条件下观察到了高度无序石墨烯的量子霍尔效应（QHE）和Shubnikov-de Haas（SdH）振荡。通过氢化石墨烯直至H/C $\approx 0.1\%$比率引入无序。SdH振荡和QHE的分析表明，Berry相的拓扑部分，与伪自旋缠绕数成比例，对大规模石墨烯中氢化引入的无序是稳健的。
2015-10-13 cond-mat.mes-hall
Layer-selective hydrogenation and proton transport in twisted bilayer graphene
The University of Manchester（曼彻斯特大学）；National Graphene Institute, The University of Manchester（国家石墨烯研究所，曼彻斯特大学）；Khalifa University（哈利法大学）；Universidade Federal do Ceará（塞阿拉联邦大学）；Nanjing University of Information Science and Technology（南京信息工程大学）；Universiteit Antwerpen（安特卫普大学）
研究通过氢化在固定电荷密度下实现双层石墨烯层选择性导体-绝缘体转变，利用质子传输实现多逻辑门配置，揭示了大扭角解耦电子系统的作用。
2026-03-31 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Absence of a giant spin Hall effect in plasma-hydrogenated graphene
石墨烯中的弱自旋-轨道相互作用被预测为增加，例如，通过加氢。这将导致相当大的自旋霍尔效应（SHE）。我们采用两种不同的方法研究了弱氢化石墨烯的自旋霍尔效应。对于氢化，我们将石墨烯暴露于氢等离子体，并使用拉曼光谱来表征这种方法。然后，我们研究了氢化石墨烯的SHE在H-棒的方法，并通过直接测量的逆SHE。虽然可以观察到一个大的非局部电阻的H-酒吧结构，与其他方法的结果比较表明，这种非局部电阻是由一个非自旋相关的起源。
2018-09-27 cond-mat.mes-hall
Enhanced DNA sequencing performance through edge-hydrogenation of graphene electrodes
我们建议使用石墨烯电极与氢化的边缘固态纳米孔为基础的DNA测序，并进行分子动力学模拟结合电子输运计算，以探索这种想法的潜在优点。我们的研究结果表明，与未氢化的系统相比，边缘氢化的石墨烯电极有利于在易位的DNA分子中暂时形成具有合适原子位点的氢键。因此，平均电导率大幅提高约3个数量级，同时表现出显著降低的统计方差。我们还研究了当相对电极之间的距离变化时这些结果如何受到影响，并且已经确定了两种机制：对于窄的电极间隔，由于纳米孔中突出的氢原子的存在而引起的仅仅阻碍被认为更重要，而对于较宽的电极间隔，H-键的形成成为主导效应。基于这些发现，我们得出结论，石墨烯电极边缘的氢化代表了一种有前途的方法，可以降低DNA通过纳米孔的移位速度，并大大提高全基因组测序测量过程的准确性。
2010-11-30 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph
1D finite-width graphene nanoribbon systems: alkalization and hydrogenation
石墨烯是第一种真正的二维（2D）材料，具有接近费米能的锥形能谱，并被视为无带隙半导体。其独特的性质引发研究人员发现它的更多应用，如室温下的高载流子迁移率，优异的热导率，高模量和拉伸强度，高透明度和反常量子霍尔效应。然而，无间隙的特性限制了石墨烯纳米电子学的发展。制备一维（1D）石墨烯条（即，石墨烯纳米带（GNR））可能是调节石墨烯的电子和光学性质的最有前途的方法之一。电子和光学性质已经被理论预测和实验验证高度敏感的边缘和宽度。可调谐的电子和光学性质进一步暗示了GNR应用的可能性。最近，悬挂键问题正在考虑在GNR系统。带边缘处的各种钝化可能改变物理性质。研究了碱化、氢化等钝化工艺条件。
2022-06-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Grain boundary-induced variability of charge transport in hydrogenated polycrystalline graphene
本文通过数值模拟研究氢化多晶石墨烯，发现氢吸附物局限于晶界时电荷输运几乎不受影响，而均匀分布会降低迁移率，揭示选择性氢功能化可调控电输运。
2018-04-24 cond-mat.mes-hall
Control of proton transport and hydrogenation in double-gated graphene
本研究通过独立调控双栅石墨烯的电场与载流子浓度，实现质子输运与晶格氢化的解耦，加速质子输运并制备出高开关比的质子基石墨烯器件，为二维电极-电解质界面研究提供新方法。
2024-04-25 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Enhancement of spin relaxation time in hydrogenated graphene spin valve devices
石墨烯中的氢吸附物很有趣，因为它们不仅是强库仑散射体，而且还诱导碳网络的轨道杂化从sp^2变为sp^3。这种变化增加了自旋-轨道耦合，预计将在很大程度上改变自旋弛豫。在这项工作中，我们报告的变化，由于等离子体氢化的石墨烯的自旋输运性质。我们观察到一个高达三倍的增加后，适度的氢暴露的自旋弛豫时间τ_S。τ_S的增加伴随着电荷和自旋扩散系数的减小，导致自旋弛豫长度λ_S的微小变化。在高载流子密度下，我们获得了7微米的λ_S，这允许在11微米的距离上进行自旋检测。氢化后的τ_S值高达2.7纳秒，在室温下测量。
2012-09-11 cond-mat.mes-hall
Control of graphene's properties by reversible hydrogenation
石墨烯--一个单层的碳原子密集地堆积成六边形晶格--具有最强的原子键之一，可以被视为一个坚固的原子级支架，其他化学物质可以附着在上面而不会破坏它。石墨烯是一个巨大的扁平分子，可以进行化学改变，这一观点得到了所谓的氧化石墨烯的观察的支持，也就是被羟基和其他基团密集覆盖的石墨烯。不幸的是，氧化石墨烯是强烈无序的，导电性差，难以还原到原始状态。尽管如此，人们可以想象原子或分子以严格的周期性方式附着在原子支架上，这应该会导致不同的电子结构，本质上是不同的晶体材料。一个假设的例子是石墨烷，一种宽禁带半导体，其中氢键合到石墨烯的每个碳位点。在这里，我们表明，通过将石墨烯暴露于原子氢，有可能将这种高导电半金属转化为绝缘体。透射电子显微镜显示，该材料保留了六方晶格，但其周期明显短于石墨烯，为新的石墨烯衍生物提供了直接证据。发现与氢的反应是可逆的，退火可以恢复原来的金属态和晶格间距，甚至恢复量子霍尔效应。我们的工作证明了石墨烯化学改性的概念，这保证了一系列具有设计的电子和其他性质的新二维晶体。
2008-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Geometry, stability and thermal transport of hydrogenated graphene nanoquilts
利用分子动力学模拟研究了氢化折叠的石墨烯纳米绗缝的几何形状、稳定性和热输运。氢化的石墨烯纳米绗缝显示出增加的热力学稳定性和比没有氢化的折叠石墨烯结构更好的传输性能。对于双层石墨烯纳米被子，几何形状和热导率都对吸附的氢链非常敏感，这可以通过PDOS的红移来解释。对于多折叠纳米绗缝，通过改变周期数或长度，它们的热导率可以从原始石墨烯的100%调整到15%。我们的研究结果表明，氢化石墨烯纳米绗缝是非常适合的热管理设备。
2016-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single-sided-hydrogenated graphene: Density functional theorypredictions
氢化已被证明是打开石墨烯带隙的有效工具。在目前的密度泛函研究中，我们证明了单面氢化石墨烯是一种间接带隙为1.89 eV的半导体，介于无带隙石墨烯和宽带隙石墨烷之间。我们表明，它的电子结构和晶格特性是从那些石墨烯，graphone，或graphane有很大的不同。晶格常数和C-C键长比石墨烯长15%。我们的结合能分析证实，这种单侧氢化导致化学稳定的材料。
2011-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical Properties of Graphene-like Two Dimensional Silicene
我们用基于密度泛函理论的计算方法研究了二维硅烯的光学性质。光学响应特性的计算结果表明，它们强烈地依赖于光的偏振方向，因此，平行和垂直于硅平面偏振的光的光学吸收谱是不同的。硅烯的光学吸收光谱具有两个主峰：（i）由于从pi到pi* 态的转变而在1.74eV处的尖锐峰和（ii）由于σ态到导带的激发而在4-10 eV范围内的宽峰。我们还研究了横向静电电场和氢原子掺杂（氢化）等外界因素对硅烯光学性质的影响。首先，在电场的作用下，观察到硅烯的费米能级的带隙可以通过反转对称性的破坏而打开。我们看到由于带隙开放而引起的光学吸收的明显变化。其次，硅烯中的氢化强烈地改变了杂化，我们的几何分析表明，硅烯中的杂化从sp^2 + sp^3的混合物变为纯sp^3。因此，系统中不存在π电子。氢化使硅烯的电子结构和吸收光谱发生变化，并使硅烯发生了从半金属到半导体的转变。
2012-05-23 cond-mat.mes-hall
Possible gapless helical edge states in hydrogenated graphene
本文通过第一性原理与紧束缚模型研究氢化石墨烯，发现改变氢化图案可实现约1 eV带隙及受对称性保护的拓扑螺旋边缘态，为赝自旋器件应用提供新途径。
2023-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hydrogenated Graphene Nanoribbons for Spintronics
我们展示了石墨烯纳米带在小浓度下的氢化如何为碳基自旋电子学应用开辟新的途径，无论纳米带的任何特定边缘终止或钝化。密度泛函理论计算表明，吸附的H原子诱导周围的$π$轨道上的自旋密度的对称性和本地化程度取决于到纳米取向边缘的距离。正如预期的石墨烯为基础的系统，这些诱导的磁矩相互作用的铁磁或反铁磁依赖于相对吸附石墨烯亚晶格，但相互作用的幅度被发现强烈变化的H原子相对于边缘的位置。我们还计算了，与哈伯德模型的帮助下，氢化扶手椅型半导体石墨烯纳米带在稀释制度的输运性质，并显示如何在新的磁阻器件的设计中可以利用H原子之间的交换耦合。
2010-01-08 cond-mat.mes-hall
Spin-asymmetric graphene nanoribbons in graphane on silicon dioxide
采用从头计算方法研究了氧化硅衬底上氢化石墨烯（graphane）的结构。发现仅在石墨烯层的一侧上具有氢化的结构是稳定的，并且给出了其氢构型。此外，我们通过从外延石墨烷层选择性地去除氢来形成锯齿形石墨烯纳米带。在这些带中，独立的反铁磁锯齿形带的自旋简并被打破，不同大小的带隙出现相反的自旋物种。这种简并断裂是由于带下方的衬底中的电荷不平衡，其通过衬底原子相对于石墨烯带的边缘的不对称对准而引入。
2011-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen dissociation catalyzed by carbon coated nickel nanoparticles: experiment and theory
基于实验测量和第一性原理计算的结合，我们报道了一种新型的碳基催化材料，并描述了在多层石墨烯包裹的镍纳米颗粒存在下，在室温下显著加速镁的氢化。与石墨和镍纳米颗粒的混合物相比，镁氢化速率的增加证明了所探索的纳米复合材料的固有催化性能。模拟结果表明，金属衬底的掺杂和Stone-Wales缺陷的存在使多层石墨烯从化学惰性模式转变为化学活性模式。讨论了纳米粒子的尺寸和温度对纳米粒子的影响。
2012-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Transition metal ad-atoms on graphene: Influence of local Coulomb interactions on chemical bonding and magnetic moments
利用第一性原理计算研究了石墨烯与三维过渡金属吸附原子的相互作用以及局域磁矩的形成。通过比较广义梯度近似（GGA）和GGA+U的计算结果，我们发现电子构型和吸附几何对过渡金属d轨道中的局部库仑相互作用U的影响非常敏感。我们发现高自旋的配置是有利的Cr和Mn吸附原子独立的功能。对于Fe、Co和Ni，根据局域库仑相互作用强度U的值实现不同的电子组态。通过氢化对吸附原子自旋的化学控制被证明：吸附到石墨烯上的NiH和CoH分别表现出自旋S=1/2和S=1。
2011-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Theory of electronic and spin-orbit proximity effects in graphene on Cu(111)
利用密度泛函理论研究了吸附在Cu（111）表面的石墨烯的轨道邻近效应和自旋轨道邻近效应。邻近效应主要由石墨烯$π$和铜d轨道的杂化引起。我们的电子结构计算与实验观察到的特征吻合得很好。我们进行了石墨烯-Cu（111）距离依赖性研究，通过将DFT结果拟合到稳健的低能模型哈密顿量来获得邻近轨道和自旋轨道耦合参数。我们发现一个很强的距离依赖性的Rashba和内在的接近诱导的自旋-轨道耦合参数，这是在meV和数百个$μ$ eV的范围内，分别为实验相关的距离。石墨烯的狄拉克光谱也表现出近似轨道间隙，约为20 meV。此外，我们发现一个带反转的石墨烯状态伴随着一个重新排序的自旋和赝自旋状态，当石墨烯被压向铜。
2016-01-11 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit coupling in a graphene bilayer and in graphite
采用紧束缚模型和原子内LS耦合研究了双层石墨烯和石墨中的内禀自旋轨道相互作用。双层石墨烯和石墨中的自旋-轨道相互作用比单层石墨烯中的相互作用大约一个数量级，这是由于层间跳跃混合了π和σ带。它们的值在0.1 - 1 K的范围内。自旋-轨道耦合在双层石墨烯中打开了一个间隙，并且它也产生了两个边缘模式。在正交石墨中，自旋轨道耦合最大，为1-4K，没有反转中心。
2010-03-08 cond-mat.mes-hall
Anisotropic quantum transport in monolayer graphene in the presence of Rashba spin-orbit coupling
我们研究了单层石墨烯晶格中自旋相关的电子隧穿Rashba势垒。利用传输矩阵方法，得到了手征粒子的自旋相关输运性质。结果表明，石墨烯片在Rashba自旋轨道势垒的存在下将充当电子自旋反转器。
2013-03-21 cond-mat.mes-hall
Electronic properties of graphene and graphene nanoribbons with "pseudo-Rashba" spin-orbit coupling
我们讨论了石墨烯和石墨烯纳米带的电子性质，包括“pseudo-Rashba”自旋轨道耦合。在总结了体特性之后，我们首先分析了无限质量和锯齿形边界附近的散射行为。对于低能量，我们观察到强烈的偏离通常的自旋守恒行为在高能量，如反射作为自旋偏振器或开关。由于在非平衡的情况下或当两个单粒子分支之间没有相干性时出现倏逝模，这导致沿着边界方向的自旋极化。然后我们讨论了石墨烯纳米带的自旋和密度分布。
2009-10-07 cond-mat.mes-hall
Current-induced spin polarization in graphene due to Rashba spin-orbit interaction
从理论上考虑了石墨烯在外加电场作用下的线性响应。假设石墨烯沉积在衬底上，导致Rashba类型的自旋轨道相互作用。所示的诱导自旋极化是在石墨烯平面和垂直的电场。然而，当费米能级穿过狄拉克点时，自旋极化改变符号，费米能级的位置可以由外部栅极电压控制。
2013-10-07 cond-mat.mes-hall
Proximity effects in bilayer graphene on monolayer WSe$_2$: Field-effect spin-valley locking, spin-orbit valve, and spin transistor
从第一性原理出发，研究了双层石墨烯对单层WSe $_2$的邻近轨道和自旋轨道效应.我们发现，内置的电场诱导的双层石墨烯的轨道带隙约为10 meV。值得注意的是，接近自旋轨道分裂的空穴是两个数量级-自旋轨道分裂的价带在K是约2毫电子伏-比电子。有效地，由于下石墨烯层与WSe $_2$的强烈接近，空穴经历自旋谷锁定。然而，施加大约1 V/nm的外部横向电场，对抗异质结构的内建场，完全逆转了这种效应，并且对于空穴，允许电子以2 meV的自旋轨道分裂被自旋谷锁定。这种行为构成了高效的场效应自旋轨道阀，使得WSe $_2$上的双层石墨烯成为场效应自旋晶体管的潜在平台。
2017-06-19 cond-mat.mes-hall
Intrinsic and substrate induced spin-orbit interaction in chirally stacked trilayer graphene
我们提出了一种结合群论和紧束缚的方法来计算ABC堆叠三层石墨烯的内禀自旋轨道耦合（SOC）。我们发现，与单层石墨烯相比，需要考虑更大的d轨道（特别是d_{z^2}轨道）。我们还考虑了双层石墨烯中的本征SOC，因为我们的紧束缚双层结果与Ref. [40]也允许我们估计三层SOC参数的值。我们还讨论了当衬底或吸附原子仅在双层或ABC三层石墨烯的一层中诱导强SOC的情况。对于内禀和外生SOC的情况下，我们推导出有效的哈密顿描述低能自旋轨道物理。我们发现，在K点的布里渊区的Bychkov-Rashba型SOC的效果被抑制在双层和ABC三层石墨烯相比，单层石墨烯。
2013-01-15 cond-mat.mes-hall
Time-dependent density-functional study of hydrogen adsorption and scattering on graphene surfaces
该研究利用含时密度泛函理论模拟揭示氢原子入射点与初始动能如何影响石墨烯上的吸附、散射和透射行为。
2024-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Topological zero-line mode of bilayer graphene with Rashba spin-orbital coupling and staggered sublattice potentials
研究了具有Rashba自旋-轨道耦合和交错亚晶格势的双层石墨烯中，在不同栅压下两畴界面处的畴壁。识别了不同类型的零线模，包括具有纯自旋滤波效应的零线模。提出了三个不同畴结处的Y形电流分配。
2018-05-11 cond-mat.mes-hall
Graphene on transition-metal dichalcogenides: a platform for proximity spin-orbit physics and optospintronics
石墨烯和二维过渡金属二硫属化物（TMDC）的混合物具有将石墨烯自旋电子学提升到下一水平的潜力。正如我们在这里通过在单层MoS $_2$上执行石墨烯的第一性原理计算所示，这种混合物相对于原始石墨烯有几个优点。首先，石墨烯中的狄拉克电子表现出巨大的全局邻近自旋轨道耦合，而不会在零场下损害整个系统的半金属特性。值得注意的是，这些自旋轨道效应可以非常准确地描述一个简单的有效哈密顿量。第二，费米能级可以通过横向电场调谐以穿过MoS $_2$导带，从而产生耦合的大质量和小质量电子气体系统。在这样的系统中，电荷和自旋输运都应该是唯一的。最后，我们建议使用石墨烯/TMDC结构作为光自旋电子学的平台，特别是用于石墨烯的光自旋注入和研究TMDC和石墨烯之间的自旋转移。
2015-06-30 cond-mat.mes-hall
Proximity-Induced Spin-Orbit Coupling in Graphene-Bi$_{1.5}$Sb$_{0.5}$Te$_{1.7}$Se$_{1.3}$ Heterostructures
邻近耦合可以极大地增强石墨烯中微弱的本征自旋轨道耦合。在这里，我们报告的邻近诱导的自旋轨道耦合在石墨烯的六方氮化硼（hBN）转移到拓扑绝缘体Bi $_{1.5}$ Sb $_{0.5}$ Te $_{1.7}$ Se $_{1.3}$（BSTS），这是生长在hBN衬底上的气相固体合成。相位相干传输测量，揭示弱本地化，使我们能够提取的载波密度依赖的相位相干长度$l_ϕ$。虽然$l_ϕ$随着hBN/石墨烯/hBN参比样品中载流子密度的增加而增加，但由于BSTS与石墨烯的邻近偶联，其在BSTS/石墨烯中降低。后者的行为的结果从D 'yakonov-Perel型自旋散射在石墨烯与一个大的邻近诱导的自旋轨道耦合强度至少为2.5 meV。
2018-09-24 cond-mat.mes-hall
Enhanced photogalvanic effect in graphene due to Rashba spin-orbit coupling
我们从理论上分析了在Rashba自旋轨道耦合的情况下，石墨烯中自旋极化电荷流（光电流效应）和自旋极化的光学产生。在石墨烯平面中施加外部磁场，这在电流产生机制中起着至关重要的作用。我们预测了一个高效的共振类光电效应在一个狭窄的频率范围内，这是由磁场。一个相对效率较低的光电流效应出现在一个较宽的频率范围内，由电子浓度和自旋轨道耦合强度。
2015-02-19 cond-mat.mes-hall
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
Rash spin-orbit interaction in graphene and graphene zigzag nano-ribbons
我们研究了Rashba自旋轨道相互作用对石墨烯电子能带结构和相应波函数的影响。通过精确求解紧束缚模型的哈密顿量，我们得到了预期的能带分裂-由于SU（2）自旋对称性破缺-伴随着额外的狄拉克点的出现。这些点起源于价导带交叉。通过引入一个方便的规范变换，我们研究了具有RSO相互作用的锯齿形纳米带模型。我们发现，RSO相互作用解除了边带的准简并性，同时在实空间中引入了依赖于状态的自旋分离。垂直于带平面的平均磁化强度的计算表明，RSO可用于产生自旋极化电流。与内在的自旋轨道（ISO）相互作用提出存在于石墨烯的比较。
2009-05-08 cond-mat.mes-hall
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
Spin dephasing and pumping in graphene due to random spin-orbit interaction
我们考虑石墨烯中与随机自旋轨道相互作用相关的自旋效应。这种随机相互作用可以由石墨烯表面处波纹和/或其他不均匀性的存在引起。我们表明，随机自旋轨道相互作用一般减少自旋退相（弛豫）时间，即使相互作用平均消失。此外，随机自旋-轨道耦合还允许利用外部电场进行自旋操纵。由于自旋翻转的带间和带内光学跃迁，自旋密度可以有效地产生周期性电场在一个相对较宽的频率范围。
2010-12-21 cond-mat.mes-hall
Strong Spin-Orbit Interaction Induced in Graphene by Monolayer WS$_2$
我们证明了单层WS $_2$在石墨烯中诱导的强各向异性自旋轨道相互作用（SOI）。直接比较石墨烯/单层WS $_2$和石墨烯/体WS $_2$系统的磁输运测量结果表明，单层过渡金属二硫属化物（TMD）可以诱导比体更强的SOI。详细的弱反定域化曲线的理论分析给出了一个估计的自旋轨道能量（$E_{\rm so}$）高于10毫电子伏。对诱导SOI的对称性也进行了讨论，占主导地位的$z$ $\rightarrow$ $-z$对称SOI只能解释实验结果。通过Elliot-Yafet（EY）机制的自旋弛豫和反常电阻随着温度接近Dirac点而增加，表明石墨烯中诱导的Kane-Mele（KM）SOI。
2018-04-11 cond-mat.mes-hall
Curvature-induced spin-orbit coupling and spin relaxation in a chemically clean single-layer graphene
研究材料中与自旋相关的现象需要了解固态系统中导电载流子的有效自旋轨道耦合的精确形式。我们从理论上证明了单层石墨烯中由波纹或周期性波纹引起的曲率产生两种类型的有效自旋轨道耦合。除了先前报道的与亚晶格赝自旋耦合并对应于波纹单层石墨烯中的Rashba型自旋轨道耦合的自旋轨道耦合外，还存在一个不与赝自旋耦合的额外自旋轨道耦合，这是不能从碳纳米管曲率诱导的自旋轨道耦合的延伸中获得的。通过数值计算，我们发现在化学清洁的单层石墨烯中，两种曲率诱导的自旋-轨道耦合对自旋弛豫的贡献是相同量级的.研究了自旋弛豫对薄膜粗糙度的依赖性。
2011-11-29 cond-mat.mes-hall
Current-induced spin polarization and spin-orbit torque in graphene
使用格林函数形式，我们计算了具有Rashba自旋轨道相互作用的弱磁化石墨烯的电流诱导自旋极化。在一般情况下，电流诱导的自旋极化的所有分量都是非零的，这与自旋极化极限相反，其中自旋极化的唯一非零分量是石墨烯平面中的分量并且垂直于电场。当诱导自旋极化与磁化交换耦合时，它对后者施加自旋轨道力矩。本文用格林函数方法导出了自旋极化的解析公式，并确定了相应的自旋轨道矩分量。
2015-10-11 cond-mat.mes-hall
Extrinsic Spin Hall Effect from Anisotropic Rashba Spin-Orbit Coupling in Graphene
我们研究了Rashba耦合的各向异性对石墨烯上自旋轨道活性吸附原子引起的非本征自旋霍尔效应的影响。除了固有的自旋-轨道耦合，被认为是一个广义的各向异性Rashba耦合所产生的原始石墨烯的镜像和六角对称性的故障。我们发现，Rashba各向异性可以强烈修改自旋霍尔角对载流子浓度的依赖关系。我们的模型提供了一个简单的和一般的描述斜散射机制，由于自旋轨道耦合，是由接近大的吸附原子团簇。
2015-10-27 cond-mat.mes-hall
Gate induced enhancement of spin-orbit coupling in dilute fluorinated graphene
我们利用密度泛函理论和紧束缚模型分析了氟化石墨烯中自旋轨道耦合的起源。事实证明，SOC的主要来源是氟吸附原子的原子自旋轨道，而不是基于氢化石墨烯中石墨烯平面的畸变的杂质诱导的SOC。更有趣的是，我们的DFT计算表明，SOC受到石墨烯载流子的类型和浓度的强烈影响，通过电子掺杂增强并通过空穴掺杂降低。这种效应是由于电荷转移到氟吸附原子和随之而来的氟-碳键的变化。我们简单的紧束缚模型，其中包括SOC的$2p$轨道的F和有效参数的基础上最大本地化的Wannier函数，是能够占的效果。石墨烯掺杂引起的SOC的强烈增强打开了调节该材料中的自旋弛豫的可能性。
2015-03-04 cond-mat.mes-hall
Optical spin injection in graphene with Rashba spin-orbit interaction
我们计算了单层石墨烯在Rashba自旋轨道耦合和面内磁场作用下的红外光自旋注入效率。在对应于Rashba分裂的光子频率范围内的注入率被示出为与塞曼分裂和Rashba分裂的比率成比例。结果，对于实验上可获得的自旋-轨道耦合值和低于10特斯拉的磁场，可以可控地实现大的自旋极化。
2014-03-24 cond-mat.mes-hall
Absence of a transport signature of spin-orbit coupling in graphene with indium adatoms
石墨烯中自旋轨道耦合的增强可能导致各种拓扑现象，并在自旋电子学中找到应用。已提出Adatom吸收作为实现该目标的有效途径。特别是铟在增强自旋-轨道耦合和实现量子自旋霍尔效应方面被寄予厚望。为了寻找石墨烯中吸附铟原子的自旋轨道耦合的证据，我们进行了广泛的输运测量，即，弱局域磁电阻、量子霍尔效应和非局域自旋霍尔效应。没有发现自旋轨道耦合的信号，并讨论了可能的解释。
2014-09-29 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
Spin-orbit coupling assisted by flexural phonons in graphene
我们分析了石墨烯中自旋和声子之间的耦合。我们提出了一个完整的分析自旋和弯曲，平面外，振动之间可能的耦合。从紧束缚模型，我们得到的分析和数值估计的强度。我们发现，动力学效应，量子和热涨落引起的，显着提高自旋轨道间隙。
2012-12-11 cond-mat.mes-hall
Ab initio spin-flip conductance of hydrogenated graphene nanoribbons: Spin-orbit interaction and scattering with local impurity spins
我们采用基于DFT的从头算输运方法计算了氢吸附在扶手椅型石墨烯纳米带中自旋相关的零偏压电导$G_{σσ'}$。我们发现，自旋翻转电导$G_{σ\barσ}$可以达到相同的数量级的自旋守恒的一个，$G_{σσ}$，由于交换介导的自旋散射。相比之下，真正的自旋轨道相互作用似乎只起次要作用。
2015-04-25 cond-mat.mes-hall
z/-z Symmetry of spin-orbit coupling and weak localization in graphene
我们发现，自旋轨道（SO）耦合对石墨烯中电子弱局域化效应的影响取决于系统中z/-z对称性的存在或缺乏。而对于z/-z非对称SO耦合，无序石墨烯在最低温度下表现出弱的反局域化行为，z/-z对称耦合导致退相干时间的有效饱和，面内磁场可以部分提升退相干时间，从而趋于恢复弱的局域化效应。
2011-11-22 cond-mat.mes-hall
Enhancement of spin-orbit coupling and magnetic scattering in hydrogenated graphene
自旋-轨道耦合（SOC）可以为石墨烯等二维材料中的电子自旋调控提供重要的工具，在基础物理和自旋电子学应用中具有重要意义。本文报道了在连续低温真空环境中，原位氢化的石墨烯（氢原子附着在石墨烯表面）的低场磁输运特性。随着氢原子密度的增加，观察到从弱局域化到弱反局域化的转变，表明在镜像对称破缺系统中增强Bychkov-Rashba型SOC。从相破裂散射率的低温饱和度可以看出，氢化石墨烯中存在自旋翻转散射，从而证实氢化石墨烯中存在磁矩。
2021-10-09 cond-mat.mes-hall
Edge states and enhanced spin-orbit interaction at graphene/graphane interfaces
我们研究了石墨烯和石墨烷之间的界面。如果界面是沿锯齿形方向取向，边缘状态被发现表现出强烈的放大效应相关的自旋轨道相互作用。边缘态的增强的自旋分裂允许谷极化和自旋极化之间的转换在一开尔文附近的温度。我们发现，这些边缘状态引起量子自旋和/或谷霍尔效应。
2009-10-28 cond-mat.mes-hall
Induced exchange and spin-orbit effects by proximity in graphene on Ni and Co
通过分析紧束缚的Slater-Koster方法的方法，在AC堆叠配置的Ni（111）和Co（0001）衬底上的石墨烯层的近相称的晶格结构的诱导邻近效应的解决。通过考虑Ni（Co）原子的磁性$3d$ -轨道与石墨烯的$p_z$ -轨道的杂化，以及Ni（Co）原子的自旋-轨道耦合和磁化强度，构造了一个最小哈密顿量.推导了石墨烯/Ni（Co）体系中Dirac点附近受扰动的$π$ -带的低能有效哈密顿量，进一步揭示了石墨烯层诱导有效耦合的物理本质.结果表明，磁自旋轨道型效应可能出现通过两个竞争机制同时存在，即邻近诱导交换和Rashba自旋轨道相互作用。这种效应导致巨大的交换分裂和强大的Rashba自旋轨道耦合转移到石墨烯层，与最近的密度泛函理论计算和实验观察一致。我们进一步分析了物理条件的外观完整的狄拉克锥在少数自旋带所观察到的最近的光电发射测量与自旋分辨率。
2019-03-16 cond-mat.mes-hall
Intrinsic spin Hall effect in graphene: Numerical calculations in a multi-orbital mode
我们利用一个包含原子自旋轨道相互作用的多轨道紧束缚模型研究了石墨烯中的自旋霍尔效应。发现SHE是由自旋相关的Aharonov-Bohm相引起的。在金属情况下，自旋霍尔电导率（SHC）的计算值远小于金属石墨烯的实际参数值的量子化霍尔电导率。在绝缘情况下，由于多轨道效应，SHC的量子化被破坏。目前的研究表明，在蜂窝晶格的SHE增强的化学掺杂，如用硼原子取代的碳原子。
2008-09-12 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
Boosting proximity spin orbit coupling in graphene/WSe$_2$ heterostructures via hydrostatic pressure
由多个少层晶体组成的范德华异质结构允许设计具有预定属性的新材料。作为示例，将石墨烯弱耦合到具有大自旋轨道耦合（SOC）的材料允许经由邻近效应在石墨烯中设计相当大的SOC。邻近效应的强度取决于原子轨道的重叠，因此，通过静水压力改变层间距离可以用来增强层间耦合。在这项工作中，我们报告的石墨烯/WSe $_2$异质结构暴露于增加静水压力的测量。随着压力的增加，从弱局域化到弱反局域化的明显转变是可见的，证明了石墨烯中诱导的SOC的增加。
2021-03-24 cond-mat.mes-hall
