半導(dǎo)體所證實(shí)單層二硫化鉬谷選擇圓偏振光吸收性質(zhì)

《自然—通訊》(Nature Communications)最近發(fā)表了北京大學(xué)國際量子材料科學(xué)中心(馮濟(jì)研究員和王恩哥教授為通訊作者)與中國科學(xué)院物理研究所和半導(dǎo)體研究所合作的文章Valley-selective circular dichroism of monolayer molybdenum disulphide。這項(xiàng)研究工作首次從理論上預(yù)言，并從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了單層二硫化鉬的谷選擇圓偏振光吸收性質(zhì)。

對(duì)新型材料新奇量子特性的探索在現(xiàn)代科學(xué)研究中具有重要意義，它不但幫助人們認(rèn)識(shí)物理學(xué)規(guī)律，還為高新技術(shù)的發(fā)展推波助瀾。對(duì)稱性和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在近期對(duì)新型量子材料的探索備受關(guān)注。在這篇文章中，馮濟(jì)研究員等通過第一性原理計(jì)算研究，對(duì)于單層二硫化鉬的光吸收進(jìn)行了研究分析。這項(xiàng)工作表明，單層二硫化鉬的能帶在六邊形布里淵區(qū)的頂點(diǎn)附近擁有“谷”狀結(jié)構(gòu)，而相鄰頂點(diǎn)的谷并不等價(jià)，它們分別吸收左旋光和右旋光，其選擇性近乎完美。這一理論得到了物理所劉寶利研究員研究組和半導(dǎo)體所譚平恒研究員研究組在實(shí)驗(yàn)上的證實(shí)。

這項(xiàng)研究首次發(fā)現(xiàn)了材料中谷的旋光選擇性，對(duì)于新一代電子學(xué)—谷電子學(xué)的發(fā)展具有極其重要的意義。此前，谷電子學(xué)應(yīng)用的最大挑戰(zhàn)，即谷極化尚未在單層原子薄膜中實(shí)現(xiàn)，而單層二硫化鉬的谷選擇性圓偏振光吸收特征恰恰解決了這一問題。材料的光霍爾效應(yīng)更為單層二硫化鉬中光電子學(xué)與谷電子學(xué)應(yīng)用構(gòu)筑了橋梁。

這項(xiàng)研究得到了國家自然科學(xué)基金委、國家科技部等的資助。