上海光机所在探测单层二维材料Rashba型自旋轨道耦合研究方面取得新进展

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室研究团队，在利用强场激光诱导的超快谷电子极化来探测单层MoS2中Rashba型自旋轨道耦合效应方面取得了进展。相关成果以“Probing Rashba spin-orbit coupling by subcycle lightwave control of valley polarization”为题发表于Physical Review Research上。 　　

超快激光脉冲与物质相互作用能够产生很多复杂的非平衡态动力学过程，尤其是利用激光脉冲的载波电场在亚光学周期内实现电子不同自由度的相干操纵，为拍赫兹光波电子学的发展奠定基础。近年来，科研人员发现了电子的一种新型内禀自由度“能谷”，是构建新型电子学器件的研究热点。能谷是晶体布洛赫电子能带的极值点，它广泛存在于具有反演对称性破缺的六方二维材料中，例如二维过渡金属硫化物(TMDs)。当二维材料置于外部门控电场时，垂直于材料平面方向上的对称性会进一步被打破，由此自然引发Rashba型自旋轨道耦合(SOCs)。 　　

研究人员成功将超快谷电子极化过程与Rashba自旋轨道耦合相结合，证明了Rashba SOCs可以通过具有可控载包络相位（CEP）的少周期线偏振脉冲产生的谷选择性激发来体现。在这个过程中，超快光场能够诱导瞬态谷霍尔效应，产生了随光波CEP以近三角函数方式改变的谷霍尔电导率。此外，体系中不同的Rashba耦合强度可以对CEP依赖的谷霍尔电导率附加明显的相移，为人们提供了一种全新的探测Rashba自旋轨道耦合的方法。在此基础上，研究人员发现光周期内的Landau-Zener-Stückelberg干涉图像可以很好的解释Rashba引起的相位移动。

该项研究为探测六方二维材料中的Rashba SOCs提供了可行的方法，并可能为在未来的谷电子学应用中实现更多控制提供新的方法。 　　

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图1 用于探测Rashba效应的装置示意图。

图2 四种不同的哈密顿量自旋轨道系统下随CEP依赖的霍尔电导率比较。