[en] Our information age requires the storage and processing of enormous amounts of data. The scaling of classical computing and storage devices is currently reaching physical limits. Devices based on new materials or working principles have to be developed to handle the growing amount of data faster and more efficiently. To this end, two-dimensional materials (2DMs) are promising due to their atomic-scale thickness and because they host a plethora of interesting physical phenomena that could be exploited in future devices. Moreover, the combination of 2DMs in van der Waals (vdW) heterostructures allows for tailoring the physical properties for a specific application through proximity effects. Graphene is a 2DM showing excellent electronic and spin transport properties that attracted considerable attention from the spintronic research community. The long spin coherence time in graphene makes it a perfect material for transmitting spin-encoded information; however, manipulating spin in pristine graphene proves challenging. A possible pathway to achieve spin manipulation in graphene involves inducing spin-orbit coupling (SOC) through proximity effects with 2D transition metal dichalcogenides (TMDCs). This dissertation investigates SOC phenomena in graphene induced by the proximity of low-symmetry TMDCs. Novel types of SOC are identified through spin relaxation and charge-spin interconversion measurements. The results expand our understanding of proximity-induced SOC phenomena in graphene and offer a new pathway for future-generation spintronic devices where spins are generated, manipulated and detected solely in graphene-based circuitry.

[es] Nuestra era de la información requiere el almacenamiento y procesamiento de enormes cantidades de datos. En la actualidad, la escalabilidad y almacenamiento de los dispositivos clásicos de computación están alcanzando sus límites físicos. Es por tanto necesario desarrollar dispositivos basados en nuevos materiales o principios de funcionamiento para gestionar la creciente cantidad de datos de una manera más rápida y eficiente. En este sentido, los materiales bidimensionales (2D) son una familia de materiales prometedores tanto por su espesor a escala atómica como por la multitud de fenómenos físicos que pueden ser explotados en futuros dispositivos. La combinación de materiales 2D en heteroestructuras de tipo van der Waals (vdW) permite a su vez ajustar las propiedades físicas mediante efectos de proximidad para aplicaciones muy específicas. El grafeno, por ejemplo, es un material bidimensional con excelentes propiedades de transporte eléctrico y de espín, lo que ha atraído considerable atención de la comunidad de espintrónica. Los elevados tiempos de coherencia de espín en grafeno lo convierten en un material perfecto para transmitir información mediante corrientes espín. Sin embargo, manipular estos espines resulta uno de los mayores retos en la actualidad. Una posible vía para lograr esta manipulación implica inducir externamente acoplamiento espín-órbita (SOC) mediante efectos de proximidad, a través de un material 2D con fuerte acoplo espín-orbita, como es el caso de los dicalcogenuros de metales de transición. Esta tesis presenta una investigación de estos fenómenos de acoplo espín-orbita inducidos por efectos de proximidad en grafeno combinado con dicalcogenuros de metales de transición con baja simetría cristalina. Mediante mediciones de tiempo de la dinámica de espín hemos podido identificar la presencia de este acoplo espín-órbita en grafeno y como este, en el caso de las heteroestructuras grafeno-PdSe2 produce una anisotropía de espín en el plano del grafeno, un fenómeno no observado hasta el momento. Otros de los resultados relevantes de esta tesis es el estudio de los fenómenos de conversión espín-carga en heteroestructuras híbridas grafeno-WTe2, donde debido a la baja simetría cristalina del WTe2 observamos que las corrientes de espín generadas en WTe2 presentan polarizaciones no convenciones, donde los vectores de polarización de espín, corriente de espín y corriente eléctrica no son ortogonales entre sí. Los resultados incluidos en esta tesis amplían por tanto nuestra comprensión de los fenómenos de acoplo espín-órbita inducidos por efectos de proximidad en grafeno ofreciendo una alternativa hacia la manipulación del espín en dispositivos basados en grafeno.