王顺教授课题组在自旋极化光电流探测方面取得研究进展
10月19日，物理学院引力中心团队王顺教授课题组在光电器件领域的研究成果“Circular photocurrents in centrosymmetric semiconductors with hidden spin polarization”在线发表在《自然･通讯》（Nature Communications）上。中心博士生王柯鑫为第一作者，课题组严承宇副教授和中国科学院物理研究所杜罗军研究员为论文做了重要贡献，张卜天副研究员和王顺教授为论文的通讯作者。
晶体的对称性决定了其宏观物理性质。在二维范德瓦尔斯晶体中，中心反演对称性的破缺会带来Rashba–Dresselhaus自旋轨道耦合和自旋-谷锁定等物理现象。因此，如何在范德瓦尔斯晶体中实现中心反演对称性破缺一直是谷电子学和自旋电子学领域研究的一个重要问题。
单层2H相过渡金属二硫属化物（TMDC）具有破缺的中心反演对称性。厚层TMDC相邻的两层之间是旋转180°的关系，整体中心反演对称，但单独的每一层中心反演对称性破缺（图1a）并继承作为单层的圆偏振选择定则（图1b）。这类局部不对称而整体中心对称的材料具有隐藏自旋极化，但由于整体反演对称性依然存在，将隐藏自旋极化转化为自旋电流并用于实际的自旋电子器件仍然具有挑战性。
2H相 TMDC 的对称性本不支持出现圆偏振光电流（CPC）。为了实现自旋极化的CPC，该工作利用非均匀分布的高斯光束降低体系对称性，在不破坏晶体本身对称性的情况下从实验上观测到厚层2H相MoTe2中的CPC。圆偏振高斯光斑激发了空间上高斯分布的隐藏自旋极化，自旋极化梯度驱动呈中心辐射状的自旋流，通过逆自旋霍尔效应转变成环形电荷流（图1c, 1d）。
图1：(a)2H相MoTe2的原子结构。(b)厚层TMDC中的圆偏振选择定则。(c)高斯光斑的光强分布。(d)逆自旋霍尔效应原理示意图。
该工作可扩展到如MoS2和WSe2等其他厚层TMDC材料，将隐藏自旋极化从纯光学表征推进到光电子器件，证明了具有隐藏自旋极化的中心反演对称材料应用于谷电子和自旋电子器件的可行性。
论文链接: https://www.nature.com/articles/s41467-024-53425-9
