Resumen:
CONDITION FOR PROJECT PUBLICATION. Spin transport in graphene has attracted significant interest in spintronics due to the long spin diffusion lengths and spin relaxation times observed even at room temperature. The experimental extraction of these parameters is commonly based on fitting Hanle spin precession curves measured in the non-local geometry, which are traditionally interpreted using models that assume an infinitely long transport channel. However, in high-quality graphene devices with finite-length channels, where the channel length is comparable to or shorter than the spin diffusion length, these assumptions are no longer valid.
In this work, the effects of spin confinement, interference, and partial spin reflection in finite-length graphene channels are analyzed through the fitting of Hanle spin precession curves. An extension of the analytical solution of the Bloch equation is employed, explicitly incorporating geometric effects associated with spin reflection at the channel ends and interference between multiple reflected spin trajectories. The transport parameters obtained from this extended model are compared with those extracted using the conventional fitting approach.
The results demonstrate that the traditional analysis can lead to significant discrepancies in the extraction of the spin relaxation time, diffusion coefficient, and spin diffusion length when geometric effects are not taken into account. In particular, an overestimation of the spin relaxation time is observed in the strong confinement regime. Additionally, the possible transition to a zero-dimensional spin transport regime is analyzed when the device length is much smaller than the spin diffusion length, characterized by a nearly uniform spatial distribution of the spin chemical potential and a Lorentzian response of the Hanle curves. This work highlights the importance of explicitly considering confinement and partial reflection effects for a physically consistent interpretation of spin transport in graphene.
Keywords: Graphene spintronics, Hanle spin precession, Spin confinement, Spin interference and reflection.
Descripción:
CONDICIONAMIENTO DE PUBLICACION DE PROYECTO. El transporte de espín en grafeno ha despertado un gran interés en la espintrónica debido a las largas longitudes de difusión y tiempos de relajación del espín observados incluso a temperatura ambiente. La extracción experimental de estos parámetros se basa comúnmente en ajustes de curvas de precesión de Hanle en geometría no local, las cuales se interpretan tradicionalmente mediante modelos que asumen un canal de longitud infinita. Sin embargo, en dispositivos de grafeno de alta calidad con canales de longitud finita, donde la longitud del canal es comparable o menor que la longitud de difusión de espín, estos supuestos dejan de ser válidos.
En este trabajo se analizan los efectos del confinamiento, la interferencia y la reflexión parcial del espín en dispositivos de grafeno de canales finitos mediante el ajuste de curvas de precesión de Hanle. Se emplea una extensión de la solución analítica de la ecuación de Bloch que incorpora explícitamente los efectos geométricos asociados a la reflexión del espín en los extremos del canal y a la interferencia entre trayectorias varias veces reflejadas. Los parámetros de transporte obtenidos a partir de este modelo se comparan con aquellos extraídos mediante el ajuste convencional.
Los resultados muestran que el análisis tradicional puede conducir a discrepancias significativas en la extracción del tiempo de relajación de espín, el coeficiente de difusión y la longitud de difusión cuando no se consideran los efectos geométricos. En particular, se observa una sobreestimación del tiempo de relajación en el régimen de fuerte confinamiento. Asimismo, se analiza la posible transición hacia un régimen de transporte cero-dimensional cuando la longitud del dispositivo es mucho menor que la longitud de difusión de espín, caracterizado por una distribución espacial casi uniforme del potencial químico de espín y una respuesta Lorentziana de las curvas de Hanle. Este trabajo resalta la importancia de considerar explícitamente los efectos de confinamiento y reflexión parcial para una interpretación físicamente consistente del transporte de espín en grafeno