泛的基于自旋的效应，在凝聚态物理中发挥着基础作用[1-3]。石墨烯中较长的自旋扩散长度使其成为自旋传输的理想平台，但其固有的弱SOC限制了直接的自旋操控[4]。现在，Juan Sierra及其同事在《自然·材料》上报道了由PdSe2邻近效应诱导的石墨烯中高度各向异性的面内自旋动力学[5]。他们证明，具有特殊面内各向异性的五边形PdSe2诱导出栅极可调的SOC，从而在室温下实现了石墨烯中自旋寿命的十倍调制。
      邻近效应允许材料在不直接化学修饰的情况下继承相邻层的特性[6]。在二维范德瓦尔斯异质结构中，由于原子尺度的相互作用，这些效应可能变得特别显著，从而能够以块体材料无法实现的方式探索SOC和磁性[7]。最先进的石墨烯自旋电子器件通常利用2H过渡金属二硫属化物（TMDCs）的邻近诱导SOC[8]。这些材料引入了谷-塞曼型和Rashba型SOC，但由于其C3对称性保持了面内各向同性，从而限制了对自旋弛豫的控制。相比之下，五边形层状材料PdSe2缺乏这种对称性，导致石墨烯中出现强烈的面内各向异性SOC[9]。
 
 
图1 | 用于各向异性自旋输运的石墨烯-PdSe2异质结构‌
示意图显示单层石墨烯自旋通道（黑色蜂窝晶格）与五边形结构PdSe2（蓝黄原子结构）的界面，该界面诱导出各向异性自旋-轨道耦合（SOC）。器件包含四个铁磁电极（F1–F4；棕色）和两个普通金属接触电极（深蓝色）。自旋极化电流I从F1注入，通过石墨烯扩散后在F2检测，同时通过测量非局部电压Vnl来探测自旋弛豫。该装置可用于研究邻近效应调控的石墨烯中栅压可调的各向异性自旋动力学。（根据文献5改编，Springer Nature Limited授权）。‌
图示解析
1、‌异质结结构特性
 *‌五边形PdSe2‌：其低对称性界面破坏石墨烯的六方对称性，导致SOC呈现方向依赖性（71°自旋极化）。
*‌邻近效应‌：PdSe2通过界面耦合将强SOC传递给石墨烯，无需化学掺杂即实现自旋调控。
2、测量方法设计

‌测量方法设计组件	功能
铁磁电极F1-F4	注入/检测自旋极化电流，通过电极间距控制自旋扩散长度测量
非局部电压Vnl	消除电荷流干扰，纯化自旋信号（ΔVnl∝自旋积累衰减）

3、‌科学价值
· *首次在二维异质结中实现‌栅压调控的自旋各向异性‌，为开发低功耗自旋器件提供新平台。
· *通过非局部测量验证了‌界面对称性破缺‌对自旋弛豫的主导作用（与传统体材料机制不同）。
石墨烯-PdSe2界面存在71°方向的持久自旋纹理，其与晶轴的非对齐性揭示了对称性破缺对自旋弛豫的主导作用。扭曲角导致的任意自旋取向使传统对称性理论失效，需开发新计算方法。科学突破邻近效应调控：通过界面耦合实现自旋-轨道耦合强度可调，为自旋电子器件设计提供新途径拓扑关联：观测到的自旋纹理与1T′-MoTe2/WTe2拓扑绝缘体预测相似，暗示可通过邻近效应间接利用PdSe2拓扑特性应用前景重点开发：多扭转角实验与理论联合研究应变/栅压调控自旋寿命技术基于邻近效应的拓扑量子材料设计。
文献创新点总结
1、‌界面对称性破缺的实证创新‌
首次在石墨烯-PdSe2异质结构中实验观测到71°方向的持久自旋纹理，通过其与晶轴的非对齐性，揭示了二维材料界面‌对称性破缺主导自旋弛豫‌的新机制（传统理论仅关注体材料对称性）。
2、‌邻近效应调控范式的拓展‌
提出通过扭曲角调控界面耦合强度的方法，实现石墨烯自旋-轨道耦合（SOC）的‌连续可调‌，突破了传统依赖材料本征SOC的限制，为人工设计自旋特性提供新工具。
3、‌拓扑物理的间接观测路径‌
发现石墨烯中的自旋纹理可间接反映PdSe2的拓扑特性（类比1T′-MoTe2/WTe2），‌绕过直接占据高能拓扑态的难题‌，为研究难以探测的拓扑材料开辟替代方案。
4、‌低对称性体系的研究方法创新‌
针对界面低对称性和大单胞特性，开发了结合‌多扭转角实验‌与‌改进DFT计算‌的研究框架，为类似复杂异质结构的分析建立范式。https://doi.org/10.1038/s41563-025-02231-9

转自《石墨烯研究》公众号