新研究探測到「藏得很深」的自旋極化

來源 APS Physics

撰文 Michael Schirber

翻譯 肖坤

審校 卓思琪

導語：某些材料內的層結構中攜帶著自旋極化電子，但若定位不夠精確，這些「隱藏」的自旋就無法被測量。最近的一項研究中，研究人員藉助光電子能譜，在類石墨烯結構的二硫化鉬（MoS2）中探測到了隱藏的自旋極化。這項工作的獨特之處在於能夠使用圓偏振光來「標示」特定的自旋極化電子。

近日，科學家通過光電子能譜探測到「隱藏」在一種類石墨烯層狀材料中的兩種不同的自旋極化電子。

圖片來源：Elia Razzoli / 弗里堡大學

自旋極化指的是電子、原子核等帶電粒子的自旋都朝某一個特定的方向排列。我們能夠利用自旋極化進行信息編碼。傳統上，自旋極化是通過磁場產生的。而如今，研究人員正在積極主動地探索非磁場的方式，以便更快、更多樣地處理自旋信息。本研究探索了 MoS2等過渡金屬二硫化物（transition-metal dichalcogenide, TMDC）中的自旋極化。這些非磁性材料的層結構表現出某種晶體不對稱性，並由此產生自旋極化。但是由於相鄰層的極化方向相反導致材料的凈極化為零，這種「隱藏」的極化就很難被探測。

此前的研究在二硒化鎢（TMDC 材料的一種）材料的表面層觀察到了隱藏的自旋極化，該層的極化指向「上」方（即由表面指向外側）。如今，瑞士弗里堡大學的 Elia Razzoli 及其同事展示了一種探測更深層中的自旋極化的方法。在他們的 MoS2自旋-角分辨光電子能譜實驗中，能量約 50eV 的圓偏振光子入射到材料中激發電子。被激發電子的自旋方向就取決於入射光的偏振狀態。實驗的觀察結果與該團隊的計算結果一致：在 MoS2的不同層中，左旋（右旋）光優先激發自旋向「上」（自旋向「下」）的電子。在此基礎上，人們將來或許可以設計出某種裝置，利用偏振光選擇或操縱塊體材料中的不同自旋。

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