Кроссовер слабая локализация – слабая антилокализация в двумерных материалах со спин-орбитальным взаимодействием

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.

1. Mingsheng X., Tao L., Minmin S., Hongzheng C. (2013) Graphene-Like Two-Dimensional Materials. Chemical Reviews. 113 (5), 3766–3798.

2. 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.

3. 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.

4. Wakamura T. et al. (2019) Spin-Orbit Interaction Induced in Graphene by Transition Metal Dichalcogenides. Physical Review Letters. 99 (24), 245402.

5. Zhang T. et al. (2009) Experimental Demonstration of Topological Surface States Protected by Time-Reversal Symmetry. Physical Review Letters. 103, 266803.

6. Liu Q. et al. (2009) Magnetic Impurities on the Surface of a Topological Insulator. Physical Review Letters. 102 (15), 156603.

7. McCann E., Fal’ko V. I. (2012) z → −z Symmetry of Spin-Orbit Coupling and Weak Localization in Graphene. Physical Review Letters. 108, 166606.

8. 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.