Valley Degree of Freedom in Two-Dimensional van der Waals Materials
层状材料可以具有除了动量之外彼此无法区分的谷。这些谷在第一布里渊区中的K和K'点处的动量空间中是可单独寻址的。这种谷可寻址性开辟了利用准粒子的动量态作为量子和经典信息处理的全新范例的可能性。本文主要介绍谷极化现象背后的物理机制，并讨论了层状材料中谷自由度（VDF）的载体。然后，我们提供了一个简单的光谱技术，通常用于识别和操纵谷极化范德华分层材料的详细调查。最后，我们总结了设备应用中VDF操作的最新进展以及相关挑战。
2021-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Topology-Controlled Photonic Cavity Based on the Near-Conservation of the Valley Degree of Freedom
我们展示了一种新的路径，本地化的拓扑非平凡光子边缘模式沿其传播方向。我们的方法是基于与谷极化边缘态相关的光子谷自由度的近守恒。当边缘状态从一个明智的定向反射镜反射时，由于谷指数翻转所需的延长的时间延迟，其光能被定位在反射镜表面。在由此产生的拓扑控制的光子腔（TCPC）的能量本地化的程度是由谷翻转时间，这又是由反射镜的几何形状控制。直观的分析描述的“泄漏”和封闭的TCPC，并提出了两个具体的设计-一个用于微波和其他的光谱范围-。
2020-01-21 cond-mat.mes-hall
Coupling the valley degree of freedom to antiferromagnetic order
传统的电子学总是基于电子的固有自由度，即它的电荷和自旋。探索新的电子自由度在基础量子物理和先进信息技术中具有重要意义。谷作为一种新的电子自由度，近年来受到了相当大的关注。本文发展了反铁磁蜂窝晶格的自旋和谷物理理论。我们发现，通过谷自由度与反铁磁序的耦合，存在一个由自旋和谷指数的乘积表征的电子自由度，这导致了自旋谷相关的光学选择规则和Berry曲率诱导的拓扑量子输运.这些属性将使光学极化的自旋谷空间，和电气检测/操纵通过诱导自旋，谷和电荷通量。反铁磁蜂窝晶格的畴壁具有支持自旋相关输运的谷保护边缘态。最后，我们采用第一性原理计算表明，所提出的光电性能可以实现反铁磁锰硫属磷酸盐（MnPX_3，X = S，Se）的单层形式。
2012-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Density dependence of valley polarization energy for composite fermions
在宽AlAs量子阱中的二维电子系统中，填充因子$ν$ = 3/2附近的复合费米子是完全自旋极化的，但具有谷自由度.在这里，我们测量所需的能量完全谷这些复合费米子作为电子密度的函数。将我们的结果与现有的理论进行比较，我们发现总体上良好的定量一致性，但有一个意想不到的趋势：测量的复合费米子谷极化能量，归一化到库仑能量，随着密度的降低而降低。
2009-07-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Magnetic control of the valley degree of freedom of massive Dirac fermions with application to transition metal dichalcogenides
我们研究了过渡金属二硫属化物等多通道系统中大质量狄拉克费米子的谷相关磁性和输运性质。第零朗道能级在谷间的不对称性和磁化率的增强可以归因于与每个谷相关的不同轨道磁矩。这允许通过调节外部磁场和掺杂水平来控制谷极化。由于这种磁场引起的谷极化，存在对普通霍尔效应的额外贡献。所有这些效应都可以用一个带谷轨耦合项的低能有效理论来描述。
2013-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetoelectric effects and valley controlled spin quantum gates in transition metal dichalcogenide bilayers
在单层VI族过渡金属二硫属化物（TMDC）中，电荷载流子具有自旋和谷自由度，两者都与磁矩相关联。另一方面，多层膜中的层自由度与电极化相关联。在这里，我们表明，TMDC双层提供了一个前所未有的平台，以实现强耦合之间的自旋，层赝自旋，和谷自由度的孔。这种耦合不仅引起了自旋霍尔效应和自旋圆二色性在反转对称双层，但也导致了各种磁电效应允许量子操纵这些电子自由度。振荡的电场和磁场都可以驱动空穴自旋共振，其中这两个场具有谷依赖的干涉，使得自旋和谷之间的原型相互作用成为可能，作为潜在的谷自旋电子应用的信息载体。我们展示了如何在谷位控制的自旋量子位上实现量子门。
2013-03-16 cond-mat.mes-hall
Valley Kondo Effect in Silicon Quantum Dots
近年来，利用硅制造量子点的进展为观察与谷自由度相关的近藤效应开辟了前景。我们使用具有无限库仑相互作用$U$的Anderson模型计算了量子点的态密度，该模型的结构模拟了量子点的非线性电导。用运动方程法计算了近藤体系的态密度随温度和外加磁场的变化关系。我们发现，有一个非常复杂的峰结构附近的费米能，有几个签名，区分这种自旋谷近藤效应从通常的自旋近藤效应在GaAs点。我们还表明，谷指数一般不保守时，电子隧道进入硅点，虽然这种不保守的程度预计是样品依赖性。我们确定的电导，应该使实验人员了解塞曼分裂和谷分裂的相互作用，以及隧道的依赖谷自由度的功能。
2007-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Coupling ferroelectricity with spin-valley physics in oxide-based heterostructure
自旋和谷物理的耦合被认为是下一代自旋电子和谷电子器件的一条有前途的路线。在谷电子应用的工程功能特性的目的，我们专注于铁电异质结构BiAlO 3/BiIrO 3，其中三角晶场，层自由度和自旋轨道耦合之间的复杂相互作用介导一个强大的自旋谷耦合。此外，我们表明，铁电性提供了一个非易失性的处理来操纵和切换新兴的谷对比自旋极化。
2015-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Direct Observation of Valley Coupled Topological Current in MoS$_2$
二维过渡金属二硫族化合物的电子谷自由度已被广泛的理论、光学和光电实验研究。然而，产生和检测纯谷电流，而不依赖于光学选择尚未证明在这些材料。在这里，我们报告，谷电流可以通过谷霍尔效应和反谷霍尔效应，分别在单层二硫化钼电诱导和检测。具体而言，在室温下观察到超过半微米的距离的长程谷运输。我们的研究结果将使新一代的电子设备利用谷自由度，可用于未来的新型valleytronic应用。
2018-05-15 cond-mat.mes-hall
Spin-valley interplay in two-dimensional disordered electron liquid
本文详细研究了自旋和谷分裂对二维无序电子液体的电阻率、自旋和谷分裂率等物理观测值的影响。我们定性地解释了在平行磁场存在下电阻率随温度的非单调关系。无论是自旋分裂或谷分裂的存在下，我们预测新的，有两个最大点，温度依赖性的电阻率。
2008-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Spin and valley degrees of freedom in a bilayer graphene quantum point contact: Zeeman splitting and interaction effects
本文研究了在平面磁场作用下，双层石墨烯中静电量子点接触的尺寸量子化能级简并度的提升。我们观察到塞曼自旋分裂的前三个子带，其特征在于有效的Landé $g$ -因素，增强了限制和相互作用。在栅极电压的电导依赖性，一个肩状的功能低于最低的子带出现，我们确定为一个$0.7$异常源于相互作用引起的提升的频带简并。我们采用的$0.7$异常的栅定义的通道在双层石墨烯受到面内磁场的唯象模型。基于对电导随磁场增加的演化的定性理论预测，我们得出结论：有效自发自旋劈裂的假设能够描述我们的观测，而谷自由度保持简并。
2022-02-02 cond-mat.mes-hall
Spontaneous Valley Spirals in Magnetically Encapsulated Twisted Bilayer Graphene
范德华异质结构提供了一个丰富的平台，涌现物理由于其可调的杂化电子轨道和自旋自由度。在这里，我们表明，由扭曲的双层石墨烯夹在铁磁绝缘体之间形成的异质结构发展的平带源于扭曲，交换接近和自旋轨道耦合之间的相互作用。我们证明，在这个平带制度，自旋自由度是杂化的，从而产生一个有效的三角形超晶格谷作为一个退化的赝自旋自由度。半填充时的电子相互作用的减弱导致自发的谷混合态，即，谷扇区中的相关状态与谷旋量的几何挫折。我们发现，电层间偏置产生的有效模型中的人工谷轨道耦合，控制谷各向异性和相关态的微观细节，这两种现象理解的谷-海森堡模型与易平面各向异性交换。我们的研究结果提出了扭曲的石墨烯之间的磁性范德华异质结构作为平台，探索纯粹的谷相关态的石墨烯。
2020-08-14 cond-mat.mes-hall
Control of Spin Diffusion and Suppression of the Hanle Effect by the Coexistence of Spin and Valley Hall Effects
除了自旋之外，许多材料中的电子还具有额外的伪自旋自由度，称为“谷”。在自旋和谷自由度弱耦合的材料中，它们可以被独立地激发和控制。在这项工作中，我们研究了一个模型描述的自旋和谷霍尔效应在这样的二维材料的相互作用。我们证明了一个额外的纵向中性电流，是自旋和谷极化的出现。附加的中性电流允许通过调节谷霍尔效应的幅度来控制自旋密度。此外，这两种效应的相互作用可以抑制Hanle效应，即具有面内磁场的霍尔条器件的非局部电阻的振荡。后一个观察结果为最近的一些实验中没有汉勒效应提供了一个可能的解释。我们的工作也打开了在二维材料中的谷和自旋自由度之间的工程转换的可能性。
2019-01-24 cond-mat.mes-hall
Long valley lifetime of dark excitons in single-layer WSe2
单层过渡金属二硫属化物（TMD）作为量子信息载体，为探索电子谷自由度提供了一种很有前途的材料体系。单层TMD中的谷自由度可以通过光激发直接获得。然而，通过远程电子-空穴交换相互作用，光激发电子-空穴对（激子）的快速谷驰豫一直是一个主要障碍。理论上，这种谷弛豫不会发生最近发现的暗激子，这表明一个潜在的路线长谷寿命。在这里，我们调查的谷动力学暗激子在单层WSe 2的时间分辨光致发光光谱。我们开发了一种基于波导的方法，使暗激子发射的检测，其中涉及自旋禁戒光学跃迁与面外的偶极矩。通过面外磁场下的谷依赖塞曼效应，获得暗激子的谷自由度。我们发现暗中性激子的谷寿命很短，这可能是由于短程电子-空穴交换，但暗带电激子的谷寿命很长，超过几纳秒。
2019-04-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley switch in a graphene superlattice due to pseudo-Andreev reflection
石墨烯中的狄拉克电子具有谷自由度，其被探索为信息载体。在“谷电子学”的上下文中，人们试图连贯地操纵谷指数。在这里，我们表明，从超晶格电位的反射可以提供一个谷开关：电子接近一个原始的石墨烯-超晶格-石墨烯界面附近的垂直入射被反映在相反的谷。我们确定这个谷开关的拓扑起源，通过映射到从拓扑超导体的Andreev反射的问题，与电子空穴自由度发挥作用的谷指数。谷开关在超晶格势的对称点处是理想的，但在宽的参数范围内保持接近100%。
2018-06-05 cond-mat.mes-hall
Realization of a Valley Superlattice
在许多被广泛研究的材料中，例如Si、AlAs、Bi、石墨烯、MoS2和许多过渡金属二硫属化物单层，电子在简并导带最小值（也称为“谷”）处获得额外的类自旋自由度。外部对称性破缺场，如机械应变，或电场或磁场，可以调整这些材料的谷极化，使它们成为“谷电子学”的合适候选者。在这里，我们研究的量子阱的铝，其中的二维电子驻留在两个能量简并谷。通过在样品表面上制造应变诱导光栅，我们设计了不同谷中电子布居的空间调制，即，量子阱平面中的“谷超晶格”。我们的研究结果建立了一种新的谷自由度的操作技术，铺平了道路，实现谷选择性分层结构的多谷材料，在谷电子学的潜在应用。
2018-07-25 cond-mat.mes-hall
Resonant valley filtering of massive Dirac electrons
石墨烯中的电子，除了它们的自旋，还有两个赝自旋自由度：亚晶格和谷赝自旋。谷电子学使用谷自由度作为信息载体，类似于自旋电子学使用电子自旋的方式。我们展示了如何一个双势垒结构组成的电和矢量势可以用来过滤大量的狄拉克电子的基础上，他们的谷指数。我们研究了通过有限个势垒的共振透射，得到了由电势和矢势组成的超晶格的能谱。当包含质量项时，K和K'点处的能带和能隙是不同的，并且它们可以通过改变势来调节。
2013-04-02 cond-mat.mes-hall
Valley dependent many-body effects in 2D semiconductors
本文计算了多通道二维半导体结构中由于载流子间库仑相互作用引起的准粒子性质的多体重整化对谷简并度（$g_v$）的依赖关系。出乎意料的是，多体效应的$g_v$依赖性是非平凡的和非一般的，并且定性地依赖于所考虑的特定费米液体性质。而相互作用的二维压缩性表现出单调增加的多体重整化与增加$g_v$，二维自旋磁化率表现出一个有趣的非单调$g_v$的依赖性与磁化率增加（减少）与$g_v$为较小（较大）的$g_v$值与重整化效应的峰值附近$g_v\sim 1-2$。我们的理论结果提供了一个清晰的概念理解最近谷依赖的二维极化率测量在AlAs量子阱。
2009-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Correlation-induced resonances and population switching in a quantum dot coulomb valley
研究了强关联效应对无自旋量子点中电子输运的影响。当量子点中的两个单粒子能级简并时，在量子点和引线之间的一般隧穿矩阵元出现了一个守恒的赝自旋自由度。量子点中赝自旋的局域涨落在库仑谷中心附近产生一对不对称的电导峰。提供了与人口转换的确切关系。
2007-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Coexistence of pseudospin- and valley-Hall-like edge states in a photonic crystal with $C_{3v}$ symmetry
我们证明了具有$C_{3v}$对称性的光子晶体中赝自旋和谷霍尔边缘态的共存。光子晶体由三个具有相同晶格常数的三角形子晶格交错组成。通过调整子晶格的几何形状，可以产生三个具有非平凡拓扑结构的完整光子带隙，其中一个是由于在$Γ$点的赝自旋自由度引起的带反转，另外两个是由于在$K, K'$点的谷自由度引起的狄拉克锥的缺口.该系统可以支持三带赝自旋和谷动量锁定边缘态在适当设计的畴壁界面。此外，为了证明在一个单一的配置中的两种边缘状态的新颖的相互作用，我们设计了一个四通道系统，其中的电磁波对两个路线之间的急弯的单向路由可以选择性地控制的赝自旋和谷自由度。我们的工作结合了赝自旋和谷自由度在一个单一的配置，并可能提供更多的灵活性，在操纵电磁波与多频带和多功能的应用前景的潜力。
2020-11-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
Zeeman splitting via spin-valley-layer coupling in bilayer MoTe2
原子薄的过渡金属二硫属化物（TMD）具有自旋和谷自由度的耦合，使其有望用于自旋谷电子学。在单层TMD中，由于自旋-轨道耦合和反转对称性破缺，发射螺旋度被锁定在谷区，导致面外磁场存在时塞曼效应的谷区模拟。由于双层中的反转对称性被恢复，因此发射螺旋度不应再被锁定在谷中。在这里，我们表明，塞曼分裂，但是，仍然存在于双层，作为一个额外的自由度，即，层赝自旋和自旋谷层锁定。与单层膜相反，塞曼分裂在这里没有提升谷简并。圆偏振光致发光的程度可以用磁场从$-27\%$调谐到$27\%$。我们的研究结果表明，在双层自由度的控制与磁场，这与以前的电场控制，使双层一个有前途的平台，基于磁电效应的自旋谷量子门。
2017-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Intrinsic valley Hall transport in atomically thin MoS2
二维蜂窝晶格中的电子跳跃除了电荷和自旋外，还具有谷自由度。在没有反转对称性的情况下，这些系统被预测为对来自不同谷的电子表现出相反的霍尔效应。这种谷霍尔效应只能通过非本征手段实现，例如衬底耦合、双选通和光照射。在这里，我们报告的第一个观察到的内在谷霍尔运输没有任何外在的对称性破缺的非中心对称单层和三层二硫化钼，证明了相当大的非局部电阻，规模立方与本地电阻。这样一个标志生存，即使在室温下的谷扩散长度在微米级。相比之下，没有谷霍尔信号中观察到的中心对称双层二硫化钼。我们的工作阐明了谷霍尔效应的拓扑量子起源，并标志着在拓扑谷电子学中谷自由度的纯电控制迈出了重要的一步。
2018-05-17 cond-mat.mes-hall
Detection of thermodynamic "valley noise" in monolayer semiconductors: access to intrinsic valley relaxation timescales
与电荷和自旋自由度一起，许多新的2D材料还允许信息在电子的谷自由度中编码-也就是说，特别是在材料的布里渊区中的动量状态。鉴于未来几代基于谷的（光）电子技术，谷之间的散射和弛豫的固有时间尺度，因此代表感兴趣的基本参数。在这里，我们介绍并展示了一个完全被动的，基于噪声的方法，探索原子薄过渡金属二硫族化物（TMD）半导体的内在谷动力学。利用单分子层TMD中谷区特有的光学选择规则，在严格的热平衡条件下，利用光学法拉第旋转来探测驻留载流子费米海中谷区极化的随机热力学涨落.这种自发的“谷噪声”的频谱揭示了狭窄的洛伦兹线形，因此长指数衰减的固有谷弛豫。此外，谷噪声信号示出验证传统的（微扰）泵浦探测测量的弛豫时间和光谱依赖性。这些结果提供了一个可行的路线走向定量测量的内在谷动态，从任何外部扰动，泵浦，或激励。
2018-08-03 cond-mat.mes-hall
Breaking of valley degeneracy by magnetic field in monolayer MoSe2
利用偏振分辨光致发光光谱研究了背栅单层MoSe $_2$器件中面外磁场对谷简并的破坏。我们观察到一个线性分裂的$-0.22 \frac{\text{meV}}{\text{T}}$之间的发光峰能量在$σ_{+}$和$σ_{-}$发射中性和带电激子。单层MoSe $_2$的光学选择规则将光子旋向耦合到激子谷的自由度上，因此这种分裂表现为谷简并破缺。此外，我们发现，发光旋向性可以控制与磁场，在一定程度上取决于背栅电压。因此，施加的磁场提供了用于控制谷自由度的有效策略。
2014-10-09 cond-mat.mes-hall
Spin and valley transports in junctions of Dirac fermions
我们研究了硅烯和拓扑晶体绝缘体组成的结中的自旋和谷输运。我们考虑正常/磁性/正常狄拉克金属结的栅电极连接到磁性区域。在正常/反铁磁/正常硅烯结中，我们表明，通过这个结的电流是谷和自旋极化由于谷和自旋自由度之间的耦合，和谷和自旋极化可以通过局部应用的栅极电压进行调谐。特别地，我们发现了一个充分的谷和自旋极化电流通过施加电场。在正常/铁磁/正常拓扑晶体绝缘体结与铁磁段中的应变引起的，我们研究谷分辨电导和澄清谷极化源于应变和交换场出现在这个结。研究发现，通过改变铁磁区的磁化方向和电势，可以控制四个谷自由度中占主导地位的谷贡献。我们还审查正常/铁磁/正常石墨烯结中的自旋输运，以及正常/铁磁/正常硅烯结中的自旋和谷输运进行比较。
2014-06-04 cond-mat.mes-hall
Influence of resonant plasmonic nanoparticles on optically accessing the valley degree of freedom in 2D semiconductors
研究共振等离激元纳米球与二硫化钼单层谷选择性发射的相互作用，发现中心对称纳米谐振器会导致退偏振现象，揭示了空间分布激子对精确预测混合系统偏振响应的重要性。
2024-06-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Fractional quantum Hall valley ferromagnetism in the extreme quantum limit
电子的多量子自由度可以带来丰富的物理学，包括各种奇异基态之间的竞争，以及自旋电子学和谷电子学等新的应用。在这里，我们报告的磁输运实验演示了谷自由度如何影响分数量子态（FHS），以及相关的磁通量-电子复合费米子（CF），在非常高的磁场在极端的量子极限时，只有最低的朗道水平被占用。与其他多通道二维电子系统（如Si或单层石墨烯和过渡金属二硫属化物）不同，在我们的AlAs样品中，我们可以通过施加原位应变连续调节谷极化。我们发现，即使在谷极化转变时，BHHS仍然非常强，揭示了BHHS和底层CF的惊人的强铁磁性。我们的观察意味着CF在我们的系统中是强相互作用的。我们还能够得到一个相图的FHQS与不同的谷极化的FHQS的过渡监测极端量子极限的CFHS和CF谷极化。
2022-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Dressed photon-orbital states in a quantum dot: Inter-valley spin resonance
谷自由度是Si/SiGe量子点中自旋量子位固有的。它被交替地视为一种危险，特别是当最低谷轨道分裂与热能相比很小时，或者被视为一种资产，最突出的是在使用谷自由度本身作为量子比特的提议中。在这里，我们提出的实验中，微波电场驱动诱导谷轨道和自旋状态之间的转换。我们表明，这个系统是高度非线性的，可以理解通过使用修饰的光子轨道状态，使我们观察到的六个微波共振线的统一理解。这些共振中的一些是谷间自旋跃迁，其产生于谷和自旋自由度同时被激发的非绝热过程。对于这些过渡，涉及谷轨道状态的变化，我们发现一个10倍的灵敏度增加到电场和电噪声相比，纯自旋过渡，强烈降低相位相干时，谷轨道指数的变化引起的。与此相反，这种非绝热过渡，纯自旋跃迁，无论是谐波或次谐波产生，被证明是绝热的轨道部门。该系统的非线性是最引人注目的表现在一个动态的反交叉之间的自旋翻转，谷间跃迁和三光子跃迁，我们发现在这个简单的系统中的强非线性之间的观察。
2017-05-18 cond-mat.mes-hall
Spin-Valley Qubit Dynamics In Exchange Coupled Silicon Quantum Dots
谷态的存在是在硅量子点中实现量子信息技术的一个重大障碍，因为泄漏到交替的谷态中会将误差引入计算。我们用微扰分析方法研究了具有谷自由度的交换耦合量子点的动力学。我们发现，如果谷分裂是大的，电子没有被适当地初始化到谷本征态，那么系统的时间演化将导致自旋谷纠缠。如果谷分裂很小，电子没有初始化到相同的谷态，也会发生自旋谷纠缠。此外，我们还发现，对于小的谷分裂，自旋谷纠缠不影响两个量子比特系统的测量概率;然而，具有更多量子比特的系统将受到影响。这意味着在双量子比特系统中测量的双量子比特门的量子数可能会错过谷自由度的影响。我们的工作表明，即使在系统温度很低的情况下，谷的存在也可能对多量子比特的量子性产生不利影响。
2021-06-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Impact of the valley degree of freedom on the control of donor electrons near a Si/SiO_2 interface
我们分析了谷组成的一个电子绑定到一个浅施主接近Si/势垒界面作为一个功能的应用电场。采用全六谷有效质量模型哈密顿量。对于低场，电子基态基本上被限制在施主处。在高电场下，基态是这样的，即电子被吸引到界面，使施主实际上电离。由于谷-轨道耦合，在界面处发生谷分裂，|V_vo^I| e^{i θ}。在中间电场下，接近特征穿梭场，电子态可以构成具有不同于施主和界面基态的谷成分的杂化态。能级的全谱显示出随场变化的交叉和反交叉。水平排斥的程度，从而反交叉间隙的宽度，取决于相对谷组成，其随|V_vo^I|，θ和界面-施主距离。我们专注于在施主界面隧穿过程中所涉及的状态的谷配置，给出了三个最低的本征态的反交叉。一个序列的两个反交叉发生和复杂的相位θ影响本征态和水平反交叉间隙的对称性。我们讨论了我们的研究结果的实际操作的施主电子在硅纳米结构的影响。
2012-08-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electrical control of the valley Hall effect in bilayer MoS2 transistors
固体中电子的谷自由度被认为是电荷和自旋之外的一种新的信息载体。最近的实验演示的谷极化的光学取向和通过谷霍尔效应在单层二硫化钼谷电流的产生显示了潜在的二维半导体过渡金属二硫属化物谷为基础的电子和光电应用。然而，单层MoS2（非中心对称晶体）中的谷霍尔电导率不能容易地调谐，这对基于谷的应用提出了挑战。在这里，我们报告的山谷霍尔效应的控制双层二硫化钼晶体管通过一个门。垂直于平面的栅极施加的电场打破了双层MoS 2中存在的反转对称性。利用克尔旋转显微镜对纵向电流引起的器件沟道边缘附近的谷极化进行了成像。极化是平面外的，对于两个边缘具有相反的符号，并且强烈地依赖于栅极电压。观察结果与双层MoS2中对称依赖的Berry曲率和谷霍尔电导率一致。我们的结果是另一个步骤的信息处理的基础上谷自由度。
2015-08-12 cond-mat.mes-hall
Large tunable valley splitting in edge-free graphene quantum dots on boron nitride
二元自由度的相干操纵是现代量子技术的核心。石墨烯提供了两个二进制度：电子自旋和谷。有效的自旋控制已经在许多固态系统中得到证实，而谷的开发只是最近才开始，但没有在单电子水平上的控制。在这里，我们表明，石墨烯到六方氮化硼的范德华堆叠提供了一个天然的平台谷控制。我们使用由扫描隧道显微镜的尖端诱导的石墨烯量子点，并通过量子点位置的亚10 nm位移展示了从-5到+10 meV（包括谷反转）可调谐的谷分裂。这将受控谷分裂的范围提高了约一个数量级。自旋和谷态的可调反转应该能够实现这些自由度的相干叠加，作为实现基于石墨烯的量子比特的第一步。
2018-03-20 cond-mat.mes-hall
Valley and spin dynamics in monolayer MoS$_{2}$
Valleytronics的目标是利用材料中的额外自由度，其中载流子的能量可以在倒易空间的非等效点处呈现几个相等的最小值（谷）。在过渡金属二硫属化物（TMD）的单层中，缺乏反转对称性，结合大的自旋-轨道相互作用，导致具有相同能量的不同自旋极化最小值（最大值）的导（价）带。这提供了在电荷（电子或空穴）、自旋（向上或向下）和晶体动量（谷）水平上操纵信息的机会。然而，这些概念的任何实现都需要考虑这种自由度的鲁棒性，这是深深交织在一起的。在这里，我们解决的自旋和谷弛豫动力学的电子和空穴的超快光谱技术的组合，并确定个人的特征弛豫时间的电荷，自旋和谷在一个MoS $_{2}$单层。这些结果奠定了基础，了解机制的自旋和谷极化损失在二维TMD：自旋/谷极化生存几乎两个数量级的时间为空穴，自旋和谷动力学联锁，比电子，这些自由度是去耦。这可能会导致新的方法与强大的自旋电子/valleytronic平台的大自旋轨道的材料集成。
2015-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley Zeeman Effect in Elementary Optical Excitations of a Monolayer WSe2
诸如WSe $_2$的过渡金属二硫属化物（TMD）的单层是二维（2D）直接带隙谷半导体，其具有反转对称性破缺的有效蜂窝晶格结构。布里渊区中的不等价谷可以使用圆偏振光场选择性地解决，这表明磁光测量和操纵谷赝自旋自由度的可能性。在这里，我们报告这样的实验，证明谷塞曼效应-强烈各向异性提升的简并的谷赝自旋自由度使用外部磁场。虽然使用激子跃迁测量的谷分裂与导带和价带轨道磁矩的差异是一致的，但trion跃迁表现出意想不到的大谷塞曼效应，这无法使用独立的电子-空穴图片来理解。相反，我们找到了一个解释，使用最近预测的大Berry曲率和相关的磁矩的电子-空穴交换相互作用修改trion色散。我们的结果提高了在单层TMD中观察到光激发诱导的谷霍尔效应或在微腔中观察到光子与trion激发强耦合的拓扑态的可能性。
2014-07-09 cond-mat.mes-hall
Valley susceptibility of an interacting two-dimensional electron system
我们报告直接测量的谷磁化率，谷人口的变化，响应于所施加的破坏应变，在AlAs二维电子系统。随着二维密度的减小，谷磁化率相对于其能带值急剧增加，反映了系统的强电子-电子相互作用。这种增加与自旋磁化率的增强有着显著的相似性，并建立了自旋自由度与谷自由度之间的类比。
2006-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Non-perturbative theory of valley splitting in Si qubits from variational wave function: periodic effects of shear strain and asymptotic freedom in the wiggle-well potential
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）
本文通过变分波函数和谷轨道基建立非微扰解析框架，研究硅量子阱中剪切应变与摆动阱势对谷分裂的影响，发现振荡依赖、应变调谐方法及高振幅下的渐近自由行为。
2026-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Position-dependence of valley polarization and valley coherence of WS2 monolayer flakes
二维过渡金属二硫属化合物（2D-TMDs）与光的手性相互作用近年来引起了科学界的广泛关注。这些原子级薄的半导体的光学选择规则允许将赝自旋归因于TMD的谷，这可以通过使用偏振光来相干地操纵用于信息处理。TMD与圆偏振光和线偏振光的相互作用分别产生谷偏振和相干性。通过对WS 2单层薄片发射光的全斯托克斯偏振分析，我们最终证实了其谷之间存在相干性。我们观察到的光致发光强度，谷偏振和谷相干的空间异质性。光致发光强度与谷偏振和相干性之间的反比关系的发现揭示了（非）辐射衰减速率与谷跳跃之间的相关性。的温度依赖性证实了声子性质的谷去极化和退相干，这可能是由应变和缺陷的存在。
2021-06-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Valley-resolved Fano resonance in monolayer transition metal dichalcogenides nanoribbons with attached stubs
本文发现单层过渡金属二硫化物纳米带中，通过短桩边缘局域态与连续通道的量子干涉形成谷分辨法诺共振，实现谷极化，为谷电子学提供新途径。
2022-03-15 cond-mat.mes-hall
Momentum-Dark Intervalley Exciton in Monolayer Tungsten Diselenide Brightened via Chiral Phonon
反转对称破缺和三重旋转对称性赋予了单层过渡金属二硫属化物（TMDCs）中强激子的谷自由度，可用于谷电子学应用。然而，激子的短寿命极大地限制了可能的应用。相比之下，暗激子可以是长寿命的，但不一定具有谷自由度。在这项工作中，我们报告的动量暗，谷间激子在单层WSe 2通过低温磁光致发光（PL）光谱的识别。有趣的是，谷间激子通过在布里渊区的角落（K点）的手征声子的发射而变亮，并且声子的赝角动量（PAM）被转移到发射的光子以保留谷信息。手征声子能量被确定为~ 23 meV，基于实验提取的交换相互作用（~ 7 meV），与理论预期的24.6 meV非常吻合。具有谷自由度的长寿命谷间激子为谷电子学增加了一个激发准粒子，而手征声子与谷间激子之间的耦合为谷自旋操纵提供了场所.
2019-11-28 cond-mat.mes-hall
Spin-valley coupling in single-electron bilayer graphene quantum dots
了解电子自旋如何与轨道自由度耦合，例如固态系统中的谷自由度，对于基于自旋的电子学和量子计算中的应用至关重要。在带隙双层石墨烯（BLG）中制备静电约束量子点的最新进展使得能够研究BLG量子点中的低能单电子光谱，这对于潜在的自旋和自旋谷量子比特操作至关重要。在这里，我们提出了在单电子制度的双层石墨烯量子点的自旋谷耦合的观察。通过使用高度可调谐的双量子点器件，我们实现了能量分辨率，使我们能够解决提升的四重自旋和谷简并由$\approx 65~μ$ eV的Kane-Mele型自旋轨道耦合。此外，我们发现一个潜在的无序诱导的$K$和$K'$状态低于$20~μ$ eV的混合的上限。
2021-06-19 cond-mat.mes-hall
Coherent spin-valley oscillations in silicon
硅量子点中的电子自旋是优秀的量子比特，因为它们具有长的相干时间、高的栅极分辨率，并且与先进的半导体制造技术兼容。谷自由度是Si自旋量子比特中电子的一个独特特征，它是由Si能带结构的特殊性引起的。然而，不同谷能级之间的微小能量差异常常对Si中的量子计算构成挑战。在这里，我们表明，在Si中的自旋谷耦合，使不同的自旋和谷量子数的状态之间的过渡，使相干控制的电子自旋在Si中。我们演示了在没有交流磁场或电场的情况下，对Si/SiGe双量子点中有效单电子和双电子自旋态的相干操纵。我们的结果表明，谷自由度，这往往被认为是一个不便，本身可以使量子操纵的电子自旋态。
2021-11-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electric field-induced spin-valley locking in twisted bilayer buckled honeycomb materials
本研究通过电场调控扭转双层翘曲蜂窝材料，发现特定电场范围内自旋与谷自由度锁定，增强拓扑保护，实现更稳定的量子谷霍尔效应。
2025-10-16 cond-mat.mes-hall
Valley-spin polarized Landau levels in a monolayer semiconductor
过渡金属双硫族化合物（TMD）中的电子同时具有谷自由度和自旋自由度。这些内部量子自由度为探索新的物理现象以及电子学和光子学应用提供了理想的实验室。谷和自旋相关的光学和电学性质，起源于Berry曲率效应，最近已被证明。这样的Berry曲率效应，连同强的自旋-轨道相互作用，可以在垂直磁场下进一步产生非常规的朗道能级（LL），其支持量子霍尔机制中的谷和自旋极化手征边缘态。然而，独特的LL结构尚未在TMD中得到证实。在这里，我们报告的观察充分谷和自旋极化的LL在高品质的WSe 2单层实现使用范德华异质结器件平台。手持分辨光学反射光谱已被应用于探测在个别山谷间LL过渡。当地办事处的结构已经建成。还观察到由强库仑相互作用驱动的掺杂诱导的质量重整化。我们的结果为研究非常规LL物理和单层TMD中的量子霍尔效应打开了大门。
2017-02-18 cond-mat.mes-hall
Strongly interaction-enhanced valley magnetic response in monolayer WSe2
电子之间的库仑相互作用是固体磁性的核心。与传统的二维体系不同，单层过渡金属二硫属化物（TMD）中的电子通过自旋-轨道相互作用具有耦合的自旋自由度和谷自由度。电子也强烈的相互作用，即使在高密度的制度，因为在两个维度和一个大的带质量弱的介电屏蔽。这些特性的结合为探索二维电子液体中的自旋和谷磁性提供了一个独特的平台。在这里，我们报告了一个非线性谷塞曼效应的磁光致发光光谱的观察，相关的激子g因子在单层WSe 2的四倍以上的增强。当费米能级穿过自旋分裂的上导带时，对应于自旋谷简并度从2到4的变化，会发生这种效应。随着样品温度的降低，增强增加，没有显示出饱和的迹象。我们的结果表明，丰富的多体基态的可能性，在单层TMD与多个内部自由度。
2017-05-02 cond-mat.mes-hall
Well-width dependence of valley splitting in Si/SiGe quantum wells
利用不同阱宽的Si/SiGe单量子阱研究了Si二维电子系统的谷分裂。从朗道能级填充因子$ν=1$处纵向电阻率的温度依赖性得到的4和5.3 nm量子阱的能隙远大于10和20 nm量子阱的能隙。这是一致的裸谷分裂估计的比较与塞曼分裂在Shubnikov-de Haas振荡的井宽度依赖。
2009-12-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Conductance oscillations in Chern insulator junctions: valley-isospin dependence and Aharonov-Bohm effects
在相干态下，对量子霍尔石墨烯双极结产生的陈氏绝缘结的输运性质进行了理论研究。通过结的相干输运表现出两个介观特征：量子霍尔电导的谷-同位旋依赖性和界面通道的Aharonov-Bohm（AB）效应。我们证明了可以在具有完美边缘终端的石墨烯样品中测量谷-同位旋依赖性，从而导致最小陈数情况下的电导振荡。另一方面，虽然电导平台被发现是不清楚的较大的陈数，电导表现出振荡行为的周期是相对较长的比谷同位旋依赖的振荡。这种电导振荡归因于AB效应，这是隐含地由结界面附近的分裂金属通道创建的。我们指出，一个可能的起源不明确的高原先前推测是不完整的现实设备是低能见度电导振荡由于不平等的光束分裂。
2017-12-08 cond-mat.mes-hall
Valley hydrodynamics in gapped graphene
最近的实验表明，在超纯石墨烯中实现了与电子的流体动力学描述一致的新的非平衡态，该石墨烯具有谷自由度。在这里，我们制定了一个理论的电子流体动力学，包括耗散过程的谷角动量采用微极流体的概念。因此，我们的理论提出了一种新的策略，产生一个谷极化的微旋转。我们发现旋转粘性在电场中诱导出二阶纵向谷电流。
2022-05-04 cond-mat.mes-hall
Multiple types of spin textures and robust valley physics in MP$_2$X$_6$
School of Physics and Technology, Nanjing Normal University（南京师范大学物理与天文学院）；Center for Quantum Transport and Thermal Energy Science, Nanjing Normal University（南京师范大学量子输运与热能源科学中心）
研究发现SnP₂Se₆单层中存在多种自旋纹理和谷相关物理特性，为自旋和谷自由度的设备设计提供了新方向。
2024-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable valley and spin splittings in $\rm VSi_2N_4$ bilayer
谷值自由度和自旋自由度的控制和操纵在基础研究和先进信息技术中引起了极大的兴趣。与磁装置相比，非常期望实现谷值和自旋的更节能的电控制。使用第一性原理计算，我们证明了可调谷和自旋简并分裂在$\rm VSi_2N_4$双层膜，与援助的分层结构和相关的电控制。根据不同的层间磁耦合和堆叠顺序，$\rm VSi_2N_4$双层膜表现出谷和自旋简并的各种组合。在垂直电场的作用下，简并分裂的符号和幅度都变得高度可调。结果，可以选择性地实现一系列具有不同谷值和自旋指数的反常霍尔电流。这些有趣的特性为基于多个电子自由度之间的耦合设计节能设备提供了一种实用的方法。
2022-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley-isospin dependence of the quantum Hall effect in a graphene p-n junction
在高磁场条件下，我们计算了石墨烯纳米管中双极结的电导G，其中p掺杂和n掺杂区域的霍尔电导为2e^2/h。在没有谷间散射的情况下，结果G=（e^2/h）（1-cos φ）仅取决于两个相对边缘处的谷等自旋（=代表谷极化旋量的布洛赫矢量）之间的角度φ。在电导与费米能量的平台是不敏感的静电无序，而它是不稳定的，可能存在于锯齿形边界的dispersionless边缘状态。应变诱导矢量势通过旋转谷区的同位旋使电导平台向上或向下移动。
2007-06-27 cond-mat.mes-hall
Controllable valley and spin transports in ferromagnetic silicene junctions
我们研究正常/铁磁/正常硅烯结中的电荷、谷和自旋输运。我们发现，在这个结的电荷，谷，和自旋电导振荡与铁磁硅烯的长度。还发现，通过这个结的电流是谷和自旋极化由于谷和自旋自由度之间的耦合，和谷和自旋极化可以通过局部施加的栅极电压进行调谐。特别地，我们发现通过施加电场，完全谷和自旋极化电流。我们还得到了观察到全谷电流和自旋极化电流的条件。
2013-06-12 cond-mat.mes-hall
All Electrical Control and Temperature Dependence of the Spin and Valley Hall Effect in Monolayer WSe2 Transistors
基于重金属的二维范德华材料具有大的、耦合的自旋和谷霍尔效应（SVHE），其在自旋电子学和谷电子学中具有潜在的用途。SVHE的光学测量主要是在30 K以下进行的，并且对SVHE诱导的自旋/谷极化的理解是有限的。在这里，我们研究了单层p型二硒化钨（WSe 2）中的SVHE。克尔旋转（KR）测量显示的SVHE在不同温度下的空间分布，其持久性高达160 K，它可以通过栅极和漏极偏置电调制。自旋/谷漂移和扩散模型与反射谱数据一起被用来解释KR数据，并预测在90 K以下的下限自旋/谷寿命为4.1 ns，在160 K下为0.26 ns。沿边缘的每单位长度的过量自旋和谷被计算为在45 K下每微米109，这对应于边缘上的6%的自旋/谷极化。这些结果是走向实际使用的SVHE的重要步骤。
2022-02-23 cond-mat.mes-hall
Valley-contrasting Spin Textures in Janus Metal Phosphochalcogenides
Nanjing Normal University（南京师范大学）；Southeast University（东南大学）
研究通过第一性原理计算揭示了Janus MP₂S₃Se₃单层中不同谷的自旋纹理差异，包括Ising型、Weyl型和Rashba型自旋纹理，并探讨了谷依赖的反常霍尔电流和光学选择性，以及通过应变调节能隙和谷间能量差的潜力。
2026-05-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Generation of Pseudo-magnetic Field for Valley Excitons in WSe2 Monolayers
二维过渡金属二硫属化物（MX 2）中出现了一个新的自由度-谷赝自旋，引起了科学界的极大兴趣。操纵谷赝自旋的能力，类似于自旋电子学中的自旋控制，可以为谷电子学开辟令人兴奋的机会。在这里，我们证明了一个超快和超谷赝磁场可以产生使用圆偏振飞秒脉冲选择性地控制单层MX 2的谷自由度。采用超快泵浦-探测光谱，我们观察到一个纯粹的和谷选择性的光学斯塔克效应在WSe 2单分子膜从非共振泵，瞬间解除谷激子跃迁的简并没有任何耗散。光学斯塔克效应的强度与泵浦强度和泵浦失谐的倒数成线性比例。在K和K_prime谷跃迁之间可以实现超过10 meV的能量分裂，这对应于超过170特斯拉的有效赝磁场。我们的研究表明，有效的和超快的控制谷激子与光学，并开辟了可能性相干操纵谷偏振的量子信息的应用。
2014-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
