Spin-phonon relaxation times in centrosymmetric materials from first principles
Spin-phonon relaxation times in centrosymmetric materials from first principles
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根据第一原理，中心对称材料中的自旋声子弛豫时间
DOI：
10.1103/physrevb.101.045202
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发表时间：
2020
影响因子：
3.7
通讯作者：
Bernardi, Marco
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Park, Jinsoo;Zhou, Jin-Jian;Bernardi, Marco
我们提出了一种计算Elliott-Yafet机制的声子受限自旋弛豫时间的第一性原理方法。我们的方案结合了完全相对论的自旋-翻转电子-声子相互作用和一种计算具有反转对称性的材料中带电子的有效自旋的方法。我们将我们的方法应用于硅和钻石，计算了它们的自旋弛豫时间与温度的关系，并分析了不同声子和山谷过程对自旋弛豫的贡献。在50-300℃温度范围内，计算的硅中的自旋弛豫时间与实验符合得很好。在金刚石中，我们预测在77℃和300℃时的内禀自旋弛豫时间分别为540和2.3倍。我们表明，自旋翻转和动量弛豫机制是由不同的微观过程控制的。我们的工作使得能够精确地预测各种材料中的自旋-声子弛豫时间，提供了对自旋弛豫的微观洞察，并指导了基于自旋的量子技术的发展。
We present a first-principles approach for computing the phonon-limitedspin relaxation time due to the Elliott-Yafet mechanism. Our scheme combines fully relativistic spin-flip electron-phonon interactions with an approach to compute the effective spin of band electrons in materials with inversion symmetry. We apply our method to silicon and diamond, for which we compute the temperature dependence of the spin relaxation times and analyze the contributions to spin relaxation from different phonons and valley processes. The computed spin relaxation times in silicon are in excellent agreement with experiment in the 50–300 K temperature range. In diamond, we predict intrinsic spin relaxation times of 540at 77 K and 2.3at 300 K. We show that the spin-flip and momentum relaxation mechanisms are governed by distinct microscopic processes. Our work enables precise predictions of spin-phonon relaxation times in a wide range of materials, providing microscopic insight into spin relaxation and guiding the development of spin-based quantum technologies.
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DOI：
--
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Nien-En Lee;Jin-Jian Zhou;Luis A. Agapito;M. Bernardi