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摘要

增强石墨烯中的自旋-轨道相互作用可能实现无耗散的量子自旋霍尔器件, 这需要在石墨烯样品中引入独特的Kane-Mele型自旋-轨道相互作用, 并保持较高的迁移率. 然而, 对石墨烯的外在修饰往往会引入“外禀型”Rashba自旋-轨道相互作用, 会破坏可能存在的拓扑态, 并带来一定程度的杂质散射, 降低样品迁移率. 在石墨烯表面修饰EDTA-Dy分子后, 载流子迁移率得到了提高, 并且可以看到显著的量子霍尔电导平台. 其弱局域化效应相比被修饰之前得到了抑制, 这意味石墨烯中可能引入了内禀的Kane-Mele型自旋-轨道相互作用, 增强了Elliot-Yafet型电子自旋弛豫机制. 进一步通过矢量磁体磁阻测量, 发现该分子覆盖在石墨烯上后造成了石墨烯微弱的涟漪, 这种涟漪引起的弯曲声子效应模拟了Kane-Mele型自旋-轨道相互作用.

关键词:

Abstract

In order to enhance the spin orbit interaction (SOI) in graphene for seeking the dissipationless quantum spin Hall devices, unique Kane-Mele-type SOI and high mobility samples are desired. However, the common external modification of graphene often introduces “extrinsic” Rashba-type SOI, which will destroy the possible topological state, bring a certain degree of impurity scattering and reduce the sample mobility. Here we show that by the EDTA-Dy molecule dressing, the carrier mobility is even improved, and the quantum Hall plateaus are observed more clearly. The Kane-Mele type SOI is mimicked after dressing, which is evidenced by the suppressed weak localization at equal carrier densities and simultaneous Elliot-Yafet spin relaxation. This is attributed to the spin-flexural phonon coupling induced by the enhanced graphene ripples, as revealed by the in-plane magnetotransport measurement.

Keywords:

作者及机构信息

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通信作者:孙力玲,llsun@iphy.ac.cn; 宋友,yousong@nju.edu.cn; 宋凤麒,songfengqi@nju.edu.cn

基金项目:国家重点研发计划(批准号: 2018YFA0306004)和国家自然科学基金 (批准号: U1732273, U1732159, 12025404, 11904166, 11904165, 61822403, 11874203, 11834006, 91622115, 11522432, 11574217, 21571097)资助的课题

Authors and contacts

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Corresponding author:Sun Li-Ling,llsun@iphy.ac.cn; Song You,yousong@nju.edu.cn; Song Feng-Qi,songfengqi@nju.edu.cn

Funds:Project supported by the National Key R&D Program of China (Grant No. 2018YFA0306004), the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. U1732273, U1732159, 12025404, 11904166, 11904165, 61822403, 11874203, 11834006, 91622115, 11522432, 11574217, 21571097).

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