Spin-valley conduction in atomic-layer materials controlled by orbital angular momentum of light

由光轨道角动量控制的原子层材料中的自旋谷传导

基本信息

批准号：
22K04863
负责人：
余越伸彦
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Osaka Metropolitan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04863/
关键词：
光渦スピントロニクスバレートロニクス原子層物質

项目摘要

特定の固体中の電子には結晶運動量に注目した「バレー」と呼ばれる自由度があり、それを利用したバレートロニクスは高速動作ワーキングメモリの原理として注目されている。これまでに記憶メモリとして優れた特性を示してきたスピン自由度と共に、この電子のスピン・バレー自由度を光のもつスピン・軌道角運動量により制御し、有機的に制御する新奇な手法を開拓することが本研究の目的である。２０２２年度は、二硫化モリブデン（MoS2）や二セレン化タングステン（WSe2）などの原子層遷移金属ダイカルコゲナイド（TMD）について、光渦レーザーの様々なパラメーターについて光学遷移の依存性を調べた。また試料端における電子のスピン・バレーの境界条件について解析を行なった、その結果、単層TMD電子は光照射により時間反転対称性が破れることにより、境界条件に新しい効果の導入する必要があることを明らかにした。一方で、光渦による双極子近似を超えた四重極遷移について解析を行った。光と電子の波動関数の規約表現から各バレーにおける光学遷移選択則を導出し、それを反映した伝導電子の有効ハミルトニアンを導出した。四重極遷移を取り入れることで、双極子近似の下では起こらないスピン反転が起こすことが可能になると期待され、光渦によるスピン自由度の制御性が広がった。また電子と正孔の再結合が起こりにくい暗励起子を励起することから、より長寿命な情報伝達手段になることが期待される。

某些固体中的电子具有被称为“谷”的自由度，该自由度关注晶体动量，而利用该自由度的谷电子学作为高速工作存储器的原理而受到关注。除了作为存储存储器表现出优异特性的自旋自由度之外，我们还将开发一种利用光的自旋和轨道角动量来有机地控制电子的自旋和谷自由度的新方法。本研究的目的。在 2022 财年，我们研究了二硫化钼 (MoS2) 和二硒化钨 (WSe2) 等原子层过渡金属二硫化物 (TMD) 的光学跃迁对光学涡旋激光器各种参数的依赖性。我们还分析了样品边缘电子自旋谷的边界条件，发现单层TMD电子的时间反转对称性被光照射打破，因此有必要在边界条件中引入新的效应透露。另一方面，我们分析了由于光学涡旋而超出偶极近似的四极跃迁。我们从光和电子波函数的常规表达式中导出了每个谷中的光学跃迁选择规则，并导出了反映它的传导电子的有效哈密顿量。通过结合四极跃迁，预计将能够发生在偶极近似下不会发生的自旋反转，并且光学涡旋对自旋自由度的可控性将得到扩展。此外，由于它激发暗激子，电子和空穴的复合很难发生，因此有望成为一种寿命更长的信息传输手段。