bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2023-21-5-20-24bsuir-3719Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА, ИНФОРМАТИКАELECTRONICS, RADIOPHYSICS, RADIOENGINEERING, INFORMATICSКроссовер слабая локализация – слабая антилокализация в двумерных материалах со спин-орбитальным взаимодействиемLocalization – Weak Antilocalization Crossover in Two-Dimensional Materials with Spin-Orbit InteractionЗайцевВ. А.ZaitsauU. A.

Зайцев Владимир Александрович, аспирант кафедры микро- и наноэлектроники

220013, г. Минск, ул. П. Бровки, 6

Тел.: +375 17 293-22-24

Zaitsau Uladzimir Alexandrovich, Postgraduate at the Department of Micro- and Nanoelectronics

220013, Minsk, P. Brovki St., 6

Tel.: +375 17 293-22-24

t-rex-1995@mail.ruПодрябинкинД. А.PodryabinkinD. A.

к. ф.-м. н., с. н. с. Центра наноэлектроники и новых материалов научно-исследовательской части

г. Минск 

Denis A. Podryabinkin, Cand. of Sci., Senior Researcher at the Center for Nanoelectronics and New Materials of R&D Department

Minsk

МельниковаВ. В.MelnikovaV. V.

магистрант кафедры микро- и наноэлектроники 

г. Минск

Violetta V. Melnikova, Master’s Student at the Department of Micro- and Nanoelectronics

Minsk

ДанилюкА. Л.DanilyukA. L.

к. ф.-м. н., доцент, доцент кафедры микро- и наноэлектроники

г. Минск

Alexander L. Danilyuk, Cand. of Sci., Associate Professor, Associate Professor at the Department of Micro- and Nanoelectronics

Minsk

ПрищепаС. Л.PrischepaS. L.

д. ф.-м. н., профессор, профессор кафедры защиты информации

г. Минск

Serghej L. Prischepa, Dr. of Sci. (Phys. and Math.), Professor, Professor at the Department of Information Security

Minsk

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarusian State University of Informatics and Radioelectronics2023251020232152024Copyright © Зайцев В.А., Подрябинкин Д.А., Мельникова В.В., Данилюк А.Л., Прищепа С.Л., 20232023Зайцев В.А., Подрябинкин Д.А., Мельникова В.В., Данилюк А.Л., Прищепа С.Л.Zaitsau U.A., Podryabinkin D.A., Melnikova V.V., Danilyuk A.L., Prischepa S.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/3719

Изучены закономерности проявления слабой локализации и антилокализации в графене с усиленным спин-орбитальным взаимодействием, а также в топологическом изоляторе со щелью в поверхностных состояниях, индуцируемой магнитными примесями. Установлены параметры, характеризующие проявление слабой локализации, антилокализации и кроссовера между ними. Определены квантовые поправки к проводимости графена в единицах e2/h = 38,64 мкСм для различных соотношений между характерными временами сбоя фазы (расфазировки) и спин-орбитального рассеяния. Установлено, что при относительно большом времени спин-орбитального рассеяния, не менее 10–10 с, оно не влияет на поправку к проводимости, и ее значение определяется временем расфазировки и временами междолинного и внутридолинного рассеяния. Влияние спин-орбитального рассеяния заключается в подавлении слабой антилокализации. Оно приводит к перевороту спина электрона проводимости при упругом рассеянии, интерференционная картина слабой локализации усложняется за счет перемешивания спиновых состояний. Знак квантовой поправки зависит от того, какое спиновое состояние дает больший вклад.

In this paper, the patterns of manifestation of weak localization and antilocalization in graphene with enhanced spin-orbit interaction, as well as in a topological insulator with a gap in surface states induced by magnetic impurities are studied. The parameters characterizing the manifestation of weak localization, antilocalization and crossover between them are established. Quantum corrections to the conductivity of graphene are determined in units of e2/h = 38.64 μS for various ratios between the characteristic dephasing time and spin-orbit scattering time. It has been established that with a relatively long spin-orbit scattering time, not less than 10–10 s, it does not affect the correction to conductivity and its value is determined by the dephasing time and the times of intervalley and intravalley scattering. The effect of the spin-orbit scattering is to suppress weak antilocalization. It leads to a spin flip of the conduction electron during elastic scattering, and the interference pattern of weak localization becomes more complicated due to the mixing of spin states. The sign of the quantum correction depends on which spin state contributes the most.

графендихалькогениды переходных металловтопологические изоляторыслабая локализацияантилокализациямагнетосопротивлениеспин-орбитальное взаимодействиефаза Берриgraphenetransition metal dichalcogenidestopological insulatorsweak localizationantilocalizationmagnetoresistancespin-orbit interactionBerry phaseРабота выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (грант Ф23МЭ-038).The work was supported financially by the Belarusian Republican Foundation for Fundamental Research (grant Ф23МЭ-038).ReferencesMingsheng X., Tao L., Minmin S., Hongzheng C. (2013) Graphene-Like Two-Dimensional Materials. Chemical Reviews. 113 (5), 3766–3798.Mingsheng X., Tao L., Minmin S., Hongzheng C. (2013) Graphene-Like Two-Dimensional Materials. Chemical Reviews. 113 (5), 3766–3798.Makovskaya T. I., Danilyuk A. L., Krivosheeva A. V., Shaposhnikov V. L., Borisenko V. E. (2020) Charge Properties of the MOS Transistor Structure with the Channel Made from a Two-Dimensional Crystal. Russian Microelectronics. 49 (7), 507–515.Makovskaya T. I., Danilyuk A. L., Krivosheeva A. V., Shaposhnikov V. L., Borisenko V. E. (2020) Charge Properties of the MOS Transistor Structure with the Channel Made from a Two-Dimensional Crystal. Russian Microelectronics. 49 (7), 507–515.Wakamura T., Guéron S., Bouchiat H. (2021) Novel Transport Phenomena in Graphene Induced by Strong Spin-Orbit Interaction. Comptes Rendus Physique. 22 (S4), 145–162.Wakamura T., Guéron S., Bouchiat H. (2021) Novel Transport Phenomena in Graphene Induced by Strong Spin-Orbit Interaction. Comptes Rendus Physique. 22 (S4), 145–162.Wakamura T. et al. (2019) Spin-Orbit Interaction Induced in Graphene by Transition Metal Dichalcogenides. Physical Review Letters. 99 (24), 245402.Wakamura T. et al. (2019) Spin-Orbit Interaction Induced in Graphene by Transition Metal Dichalcogenides. Physical Review Letters. 99 (24), 245402.Zhang T. et al. (2009) Experimental Demonstration of Topological Surface States Protected by Time-Reversal Symmetry. Physical Review Letters. 103, 266803.Zhang T. et al. (2009) Experimental Demonstration of Topological Surface States Protected by Time-Reversal Symmetry. Physical Review Letters. 103, 266803.Liu Q. et al. (2009) Magnetic Impurities on the Surface of a Topological Insulator. Physical Review Letters. 102 (15), 156603.Liu Q. et al. (2009) Magnetic Impurities on the Surface of a Topological Insulator. Physical Review Letters. 102 (15), 156603.McCann E., Fal’ko V. I. (2012) z → −z Symmetry of Spin-Orbit Coupling and Weak Localization in Graphene. Physical Review Letters. 108, 166606.McCann E., Fal’ko V. I. (2012) z → −z Symmetry of Spin-Orbit Coupling and Weak Localization in Graphene. Physical Review Letters. 108, 166606.Lu H. Z., Shi J. R., Shen S. Q. (2011) Competition between Weak Localization and Antilocalization in Topological Surface States. Physical Review Letters. 107 (7), 076801.Lu H. Z., Shi J. R., Shen S. Q. (2011) Competition between Weak Localization and Antilocalization in Topological Surface States. Physical Review Letters. 107 (7), 076801.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.