Interface states in bilayer graphene and valleytronics
我们研究了导电和绝缘双层石墨烯（BLG）之间的界面附近的状态，并表明它们具有非常不寻常的特性，在传统系统中没有类似的。此外，属于BLG的布里渊区中的两个独立谷的状态显示出对比的性质，其允许相对更容易的实验实现谷电子学中期望的各种基于谷的功能，而不需要任何复杂的技术。
2011-04-19 cond-mat.mes-hall
Valley-polarization in biased bilayer graphene using circularly polarized light
实现两个不相等的山谷之间的人口不平衡是任何valleytronic设备的关键第一步。使用圆偏振光可以在偏置的双层石墨烯中诱导谷偏振。在本文中，我们提出了一个详细的理论研究偏置双层石墨烯谷极化。我们发现，一个近乎完美的谷极化可以实现与适当的选择外偏置和脉冲频率。我们发现最佳脉冲频率$ω$由$\hbarω=2a,$给出，其中$2a$是石墨烯层之间的势能差。我们还发现，谷极化起源于狄拉克点本身，而是从周围的状态环。谷间散射被发现可以大大降低高频脉冲的谷极化。热人口被发现显着减少谷极化小的偏见。这项工作提供了对双层石墨烯中谷极化起源的深入了解，并将有助于实验人员在实验室中研究谷极化。
2021-01-19 cond-mat.mes-hall
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
Gate-tunable valley currents, non-local resistances and valley accumulation in bilayer graphene nanostructures
利用线性响应区的输运理论Büttiker-Landauer公式，计算了反转对称性破缺的双层石墨烯纳米结构的谷电流和非局域电阻.结果表明，当费米能处于狄拉克点附近时，双层石墨烯纳米结构中的反转对称性破缺导致非局域四端电阻显著增强，谷电流比传统电流强数倍.研究了在费米能量为零时，局域电阻和非局域电阻随栅电压变化的比例关系，发现满足幂律。研究了四端双层石墨烯纳米结构中存在反转对称破缺时的谷速度场和谷积累。谷速度和非局部电阻被发现与所施加的栅极电压不同的规模。单位细胞平均谷积累被发现表现出一个偶极的空间分布一致的积累所产生的谷电流。我们定义并计算{ \em谷电容}，其表征谷累积响应于施加到纳米结构的接触的电压。
2017-11-14 cond-mat.mes-hall
Valley current generation using biased bilayer graphene dots
本征和非本征谷霍尔效应预测出现在石墨烯系统与均匀或空间变化的质量条款。非本征机制，介导的电子在费米表面的谷依赖性散射，可以直接链接到量子输运模拟。这是一个很有前途的路线，更完整的实验研究的valleytronic现象在石墨烯，但一个主要的障碍是在应用所需的亚晶格相关的潜力的困难。在这里，我们表明，强烈的谷依赖性散射也出现在双层石墨烯量子点，其中间隙的大小可以很容易地调制使用层间电位在双栅极器件。鲁棒谷依赖的散射和伴随的谷电流的范围内的系统中观察到的，我们调查点的大小，质量强度和额外的潜在条款的作用。最后，我们注意到，当有偏置的双层点嵌入单层石墨烯中时，也会出现强烈的电子电流谷分裂，但这种效果不如双层主体那么稳健。我们的研究结果表明，具有自定义质量分布的双层石墨烯器件为未来二维材料的valleytronic探索提供了一个很好的平台。
2021-05-24 cond-mat.mes-hall
Generation of valley polarized current in bilayer graphene
我们提出了一种在双层石墨烯中产生谷极化电流的器件。通过分析这种材料在横向电场存在下对强太赫兹频率光的响应，我们证明了在带隙能区诱导了动力学态，并且如果系统参数适当调节，这些态只存在于一个谷区。谷极化状态然后可以用于过滤任意电子电流，从而产生谷极化电流。
2009-08-20 cond-mat.mes-hall
Helical scattering and valleytronics in bilayer graphene
我们描述了一个角度不对称的界面散射机制，它允许在空间上分离的电子在两个低能量的双层石墨烯谷。该效应发生在静电定义的界面分离不同的赝自旋极化的区域，并与跨界面的赝自旋矢量的螺旋缠绕相关联，这打破了每个谷中的反射对称。电子在其中一个谷中的大能量范围内以高达60度的优选方向传输，并且在另一个谷中以-60度的优选方向传输。在Y结几何结构中，这可以用于创建和检测谷偏振。
2010-11-04 cond-mat.mes-hall
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
Magnetoelectric effect in bilayer graphene controlled by valley-isospin density
我们发现，双层石墨烯表现出磁电效应，形式上类似于那些常见的带绝缘体与打破反转和时间反转对称性。双层石墨烯表现出的磁电响应具有三个不寻常的特征：（i）与大多数其他磁电介质不同，双层石墨烯是导体，（ii）双层石墨烯具有非量子化的磁电耦合，即使其电子结构不破坏宇称和时间反转对称性，以及（iii）双层石墨烯中的磁电耦合的大小由谷-同位旋密度确定，谷-同位旋密度可以通过实验来操纵。这最后一个属性也使一个纯粹的电子测量谷-同位旋密度。虽然我们的理论论证使用双层石墨烯作为例子，但它们通常适用于具有类似对称性的任何材料。
2014-08-25 cond-mat.mes-hall
Gapped Dirac materials and quantum valley currents in dual-gated hBN/bilayer-graphene heterostructures
本研究在双栅hBN/双层石墨烯异质结中实现了可由垂直电场调控的谷电流，观测到符合谷霍尔效应标度理论的非局域电阻，且低温下其在量子极限附近饱和，证实了量子谷电流的存在。
2024-10-08 cond-mat.mes-hall
Realization of an Interacting Two-Valley AlAs Bilayer System
通过使用不同的宽度为两个AlAs量子阱组成的双层系统，我们迫使在两个层中的X-点导带电子占据具有不同的费米轮廓，电子有效质量，和g-因子的谷。由于被占据的谷在布里渊区的不同X点处，所以尽管电子层间距很近，层间隧穿还是小得可以忽略不计。我们证明了该系统的实现，通过磁输运测量和观察的相位相干，双层$ν$ =1量子霍尔状态两侧的再入绝缘相。
2003-09-16 cond-mat.mes-hall
Valley-polarised tunnelling currents in bilayer graphene tunnelling transistors
我们从理论上研究了在垂直于单层石墨烯/六方氮化硼/双层石墨烯隧穿结的外部磁场中的电子流。我们表明，在双层石墨烯的不同石墨烯层上的电子的有效隧穿势垒宽度的变化，再加上其朗道能级波函数在两个谷之间反向分布的层之间不均匀分布的事实，导致隧穿电流的谷极化。我们估计在$B=1$ T的高质量器件中可以实现谷极化$\sim 70\%$。此外，我们证明了强谷极化可以得到在强动量守恒隧穿的限制，并在较低质量的设备，这一限制被解除。
2019-02-15 cond-mat.mes-hall
Spin-Layer- and Spin-Valley-Locking in CVD-Grown AA'- and AB-Stacked Tungsten-Disulfide Bilayers
谷选择性光学选择规则和过渡金属双硫属化物（TMDC）单分子膜中的自旋谷锁定是“谷电子物理”的核心，谷电子物理利用谷自由度，是近年来的一个主要研究课题。相比之下，TMDC双层的谷电子特性到目前为止还没有受到如此多的关注。在这里，我们报告的valleytronic性能和光学特性的双层WS 2作为一个代表性的TMDC材料。特别地，我们研究了TMDC均质双层样品中相对层取向对其偏振相关光学性质的影响。因此，CVD生长的WS 2双层样品已经制备，有利于反转对称AA'堆叠或AB堆叠没有反转对称在合成过程中。随后，在不同的偏振条件下的反射对比度和光致发光光谱进行了详细的分析。我们观察到的光致发光的圆二色性和线性二色性是更明显的AB堆叠配置。我们的实验结果支持的理论计算表明，所观察到的二向色性可以链接到光学选择规则，保持自旋谷锁定在AB堆叠的WS 2双层，而自旋层锁定是目前的反转对称AA'双层代替。此外，我们的理论计算预测一个小的相对位移的激子共振在这两个堆叠配置，这也是实验观察到的。
2019-05-07 cond-mat.mes-hall
Valley separation of photoexcited carriers in bilayer graphene
University of St Andrews（圣安德鲁斯大学）；University of Exeter（埃克塞特大学）
通过考虑三角翘曲引起的低能带结构强各向异性，理论预测无带隙和带隙双层石墨烯中光激发载流子在不同谷间分离，并提出了基于线性偏振光增强谷极化和圆偏振光检测谷极化的光学谷霍尔效应。
2026-05-29 cond-mat.mes-hall
Spin-Valley Polarized Quantum Anomalous Hall Effect and a Valley-Controlled Half Metal in Bilayer Graphene
研究了双层石墨烯在反铁磁交换场、层间偏压和光照下的拓扑相。我们发现在有限的偏压和光强下，系统跃迁到一个未知的自旋谷极化量子反常霍尔（SVP-QAH）绝缘体态，其中一个自旋的子系统是谷霍尔拓扑绝缘体（TI），另一个自旋的子系统是QAH绝缘体.我们评估的TI阶段发生在系统中通过分析计算的自旋谷依赖陈数，并通过考虑在纳米尺度的边缘状态来表征它们。我们证明了SVP-QAH边缘态导致了畴壁中独特的自旋整流效应。沿着相边界，我们观察到Berry相为2π的体半金属态。
2020-04-28 cond-mat.mes-hall
Valley protected one-dimensional states in small-angle twisted bilayer graphene
理论预测，施加电场打破了扭曲双层石墨烯中AB和BA堆叠畴的反转对称性，导致形成一维谷保护螺旋态的三角形网络。这种一维态的二维网络已经在几项研究中观察到，但仍然缺乏直接的实验证据表明这些一维态中的电子输运是谷保护的。在这项研究中，我们报告的小角度扭曲的双层石墨烯在室温下的网络的存在。此外，通过分析最小扭曲双层石墨烯的原子分辨扫描隧道显微镜图像的傅立叶变换，我们提供了令人信服的实验证据，即在反向传播的一维状态的电子输运确实是谷保护。
2021-09-09 cond-mat.mes-hall
The valley filter efficiency of monolayer graphene and bilayer graphene line defect model
除了电子的电荷和自旋，新材料还有另一个自由度，谷。对于由两个正常端子夹在中间的谷滤波器组成的结，我们重点研究了基于单层和双层石墨烯的两种谷滤波器模型在无序状态下的谷效率。应用传输矩阵法，得到了谷值分辨的透射系数。我们发现：i）在弱无序下，当线缺陷长度超过约$15\rm nm$时，它起理想沟道的作用（量化电导）和谷值滤波器在扩散区，背散射和体态辅助的谷间传输的组合效应增强了电导，抑制了谷极化;（3）对于很长的线缺陷，虽然电导很小，但极化与长度无关。在垂直磁场作用下，对电荷和谷输运特性的影响很小。最后讨论了谷极化电流在混合体系中的输运效率。
2017-11-22 cond-mat.mes-hall
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
$Γ$-valley assisted intervalley scattering on monolayer and bilayer WS2 revealed by time-resolved Kerr rotation spectroscopy
利用时间分辨克尔旋转（TRKR）和微分反射率测量技术，研究了单层和双层WS 2在10 K时的谷退极化和载流子弛豫过程.两个衰减过程中提取的TRKR信号观察单层和双层WS 2。在单层WS 2中，通过与载流子衰减过程的比较，将初始超快衰减分量（小于1 ps）解释为电子和空穴在一个谷中的受激发射或Pauli阻塞。在低激发能（小于2.21 eV）下，相对慢的分量约为4 ps，然后随着激发能增加，其接近15 ps的饱和值。2.21 eV的起始激发能表明，在非共振激发条件下，K谷和K'谷之间的$Γ$谷辅助谷间散射在谷去极化过程中起关键作用.相比之下，双层WS 2的慢衰减分量（48 ps）与载流子寿命（58 ps）相当。由于其间接带隙半导体的特性，这是由于从K（或K '）到$Γ$谷的不可逆散射过程。
2017-07-19 cond-mat.mes-hall
Valley subband splitting in bilayer graphene quantum point contact
我们报告了双层石墨烯量子点接触中一维子带分裂的研究，其中以$4\,e^2/h$为步骤的量化电导被明确定义到最低子带。虽然我们的源漏偏置光谱测量揭示了非常规的限制，我们观察到在垂直于双层石墨烯平面的高磁场下，对于限制和库仑相互作用最强的前两个最低子带，谷简并完全提升，并且观察到来自具有指数$(N,N+2)$的两个不相邻子带的$K$和$K'$谷的特殊合并/混合，这由我们的半-唯象模型
2018-09-17 cond-mat.mes-hall
Generation and detection of pure valley current by electrically induced Berry curvature in bilayer graphene
谷值是非耗散电子器件的有用自由度，因为即使在绝缘材料中也可以流动的谷值电流不伴随电子电流。我们使用双栅双层石墨烯的霍尔棒几何形状，以电控制破缺的反转对称性或Berry曲率以及载流子密度，以产生和检测纯谷电流。我们发现一个大的非局部电阻和立方标度之间的非局部电阻和局部电阻率在绝缘制度在零磁场和70 K的纯谷电流的证据。在零电导率的极限中的谷电流的电控制允许谷电流从电场的非耗散感应，并且因此为非耗散电子学的进步提供了显著贡献。
2015-01-20 cond-mat.mes-hall
Valley filtering using electrostatic potentials in bilayer graphene
研究了电子波包在双层石墨烯中通过静电门限定的量子点接触（QPC）的传播。栅极在层之间提供偏置，以便产生能隙。如果接触两侧的栅极产生相同的偏置，则观察到电子传输概率的台阶，就像通常的QPC一样。然而，如果偏置在QPC的一侧反转，则仅允许属于狄拉克谷之一的电子通过，这提供了非常有效的谷过滤。
2016-01-04 cond-mat.mes-hall
Tunable Valley Splitting due to Topological Orbital Magnetic Moment in Bilayer Graphene Quantum Point Contacts
在多通道半导体中，谷自由度可以潜在地用于存储、操纵和读取量子信息，但其控制仍然具有挑战性。双层石墨烯中的谷可以通过由谷g因子耦合的垂直磁场来寻址。然而，对谷g因子的控制尚未得到证实。我们通过实验确定了在双层石墨烯中通过合适的栅极几何形状实现的量子点接触的能谱。使用有限偏置光谱，我们测量的横向限制以及塞曼分裂所产生的能量尺度，并找到一个自旋g因子为2。使用垂直电场，谷值g因子可以通过因子3调谐，达到40和120之间的值。通过考虑拓扑磁矩及其对约束和垂直位移场的依赖性的计算，定量地解释了这一结果。
2020-03-05 cond-mat.mes-hall
Gate-tunable Topological Valley Transport in Bilayer Graphene
谷赝自旋是表征能带中简并谷的量子自由度，是二维狄拉克材料的一个显著特征。与自旋类似，谷赝自旋由时间反转的一对状态跨越，尽管两个谷赝自旋状态在空间反转下相互转换。反演对称性的破缺导致了各种谷对比的物理性质;例如，谷依赖的拓扑输运是科学和技术的兴趣。双层石墨烯（BLG）是一种独特的系统，其固有的反转对称性可以被垂直电场可控地打破，为连续可调的谷拓扑输运提供了难得的可能性。在这里，我们使用了一个垂直的门电场打破BLG的反转对称性，和一个巨大的非局域响应被观察到作为谷赝自旋的拓扑输运的结果。我们进一步表明，谷传输是完全可调的外部门，和非本地信号持续到室温和长距离。这些观测结果挑战了当代对间隙系统中拓扑输运的理解，并且强大的拓扑输运可能导致未来的valleytronic应用。
2015-01-20 cond-mat.mes-hall
Topologically non-trivial valley states in bilayer graphene quantum point contacts
我们提出了测量的量子电导在静电诱导量子点接触的双层石墨烯。垂直磁场的应用导致了一个复杂的模式，解除和恢复简并与增加的领域：在零磁场的量子化的一维子带的简并是四，因为一个双重的自旋和一个双重的谷简并。通过接通磁场，谷简并被提升。在磁场中，不同谷的Berry曲率态线性分裂.在量子霍尔制度四重简并电导平台重新出现。在绝热过渡到量子霍尔制度期间，从一个谷的能级相对于另一个谷在量子数上移动两个，形成可以通过数值计算再现的交织图案。
2018-09-06 cond-mat.mes-hall
Tunable Berry curvature, valley and spin Hall effect in Bilayer MoS$_2$
电子布洛赫带的手征性是层状二维材料许多有趣性质的原因。我们发现，在过渡金属二硫属化物（TMDC）的双层，不像在几层石墨烯和单层TMDC，层内和层间的耦合提供了重要的贡献的贝里曲率的$K$和$-K$谷的布里渊区。层间的贡献导致的Berry曲率的堆叠依赖性，我们指出常用的3R型和2H型双层膜之间的差异。由于层间的贡献，Berry曲率在双栅极器件中变得高度可调。我们研究了谷霍尔效应和自旋霍尔效应与堆叠类型和外电场的关系。虽然谷和自旋霍尔电导率没有量子化，在MoS $_2$ 2H双层，他们可能会改变符号作为外部电场的函数，这是让人想起的晶格陈氏绝缘体的行为。
2018-07-05 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
Tuning confined states and valley g-factors by quantum dot design in bilayer graphene
本研究针对双层石墨烯量子点受限态调控需求，通过大规模数值模拟分析多类栅极可调参数的影响，明确态性质与参数依赖关系，证实可通过量子点设计高效调控受限态与谷g因子，为其在量子技术中的应用提供支撑。
2024-04-15 cond-mat.mes-hall
Magnetic injection photocurrents in valley polarized states of twisted bilayer graphene
Donostia International Physics Center（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；Department of Physics, Columbia University（哥伦比亚大学物理系）；IKERBASQUE, Basque Foundation for Science（伊卡巴斯基克，巴斯克科学基金会）
本研究通过谷极化打破时间反演对称性，揭示了双层石墨烯中磁注入光电流的产生机制，用于区分不同自旋-谷极化场景。
2025-11-26 cond-mat.mes-hall
Strain-Tunable Harmonic Responses in Valley-Polarized Bilayer Graphene
Department of Theoretical and Nanophysics, Faculty of Physics, Alzahra University（阿尔扎拉大学物理学院理论与纳米物理系）
研究单轴应变下谷极化双层石墨烯的线性和二阶非线性光学响应，发现应变可调控二次谐波产生，实现机械控制开关。
2026-07-01 cond-mat.mes-hall
Spin and Valley States in Gate-defined Bilayer Graphene Quantum Dots
在双层石墨烯中，静电约束可以通过顶部和背栅电极的合适设计来实现。我们测量了通过双层石墨烯量子点的电子输运，该量子点由带隙区域横向限制，并通过pn结连接到引线。实现了单电子和空穴占据，并且电荷载流子$n = 1, 2,\dots 50$可以以超过$10 \ \mathrm{meV}$的充电能量连续填充到量子系统中。对于最低量子态，我们可以清楚地观察到谷分裂和塞曼分裂，自旋g因子为$g_{s}\approx 2$。在低场限，谷分裂线性依赖于垂直磁场，并在定性与计算一致。
2018-08-07 cond-mat.mes-hall
Valley-Polarized Quantum Anomalous Hall Phase in Bilayer Graphene with Layer-Dependent Proximity Effects
在二维系统中实现某些拓扑相依赖于共同结合自旋轨道和磁交换相互作用的挑战。在这里，我们预测的形成和控制的一个完全谷极化的量子反常霍尔效应在双层石墨烯，通过分别印记自旋轨道和磁性邻近效应在不同的层。这导致导带和价带的自旋分裂不同，从而在单个狄拉克锥处产生拓扑能隙。拓扑相位可以由栅极电压控制，并通过反转交换相互作用的符号在谷之间切换。通过对无序系统的量子输运计算，证明了谷极化边缘态的手征性和弹性。我们的研究结果提供了一个很有前途的路线，工程师的拓扑相，可以使低功耗电子设备和valleytronic应用。
2021-10-22 cond-mat.mes-hall
Umklapp-Enhanced Interlayer Valley Drag in Moiré Bilayers
Institute of Mathematical Sciences（数学科学研究所）；Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）；Indiana University（印第安纳大学）；Indian Institute of Technology - Kanpur（坎普尔印度理工学院）
研究了匹配晶格的莫尔双层中层间谷拖拽现象，发现Umklapp散射显著增强该效应，且在低温下仍非零，提出可行的实验方法进行检测和表征。
2026-03-16 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
Collective Excitations of Quantum Anomalous Hall Ferromagnets in Twisted Bilayer Graphene
提出了一种扭曲双层石墨烯中量子反常霍尔铁磁体（QAHF）的集体激发的微观理论。通过求解Bethe-Salpeter方程，计算了自旋磁振子谱和谷磁振子谱，验证了QAHF的稳定性。我们提取的自旋刚度从无隙自旋波色散，并估计的skyrmion-antiskyrmion对的能量成本，这被发现是可比的能量与Hartree-Fock间隙。谷波模是带隙的，这意味着谷偏振态比谷相干态更有利。使用非线性西格玛模型，我们估计的谷排序温度，这是从平均场转变温度，由于谷波的热激发大大减少。
2019-11-19 cond-mat.mes-hall
Proximity effects in bilayer graphene on monolayer WSe$_2$: Field-effect spin-valley locking, spin-orbit valve, and spin transistor
从第一性原理出发，研究了双层石墨烯对单层WSe $_2$的邻近轨道和自旋轨道效应.我们发现，内置的电场诱导的双层石墨烯的轨道带隙约为10 meV。值得注意的是，接近自旋轨道分裂的空穴是两个数量级-自旋轨道分裂的价带在K是约2毫电子伏-比电子。有效地，由于下石墨烯层与WSe $_2$的强烈接近，空穴经历自旋谷锁定。然而，施加大约1 V/nm的外部横向电场，对抗异质结构的内建场，完全逆转了这种效应，并且对于空穴，允许电子以2 meV的自旋轨道分裂被自旋谷锁定。这种行为构成了高效的场效应自旋轨道阀，使得WSe $_2$上的双层石墨烯成为场效应自旋晶体管的潜在平台。
2017-06-19 cond-mat.mes-hall
Ultrafast valley polarization in bilayer graphene
本文从理论上研究了单层石墨烯与斜入射单振荡圆偏振超快光脉冲的相互作用。脉冲的法向分量打破了系统的反转对称性，并打开了动态带隙，因此导带的谷选择性布居对脉冲的入射角变得敏感。研究表明，谷偏振的大小可以由手征光脉冲的入射角、振幅和面内偏振角来控制。随后，可以使用一系列圆偏振脉冲，然后是线性偏振的飞秒长脉冲来控制由前一脉冲产生的谷偏振。通常，线偏振脉冲使系统去偏振。这种去偏振的幅度取决于线性偏振脉冲的幅度和面内偏振角。我们的协议提供了一个良好的平台，应用在谷电子。
2021-05-17 cond-mat.mes-hall
Effects of site asymmetry and valley mixing on Hofstadter-type spectra of bilayer graphene in a square-scatter array potential
在垂直于单层石墨烯的磁场作用下，二维周期性散射阵列的存在不仅可以混合同一谷的朗道能级，显示分裂的电子-空穴Hofstadter型能谱，而且可以耦合双层石墨烯中不同谷的两组朗道子带。本文利用布洛赫波展开方法和投影$2\times 2$有效哈密顿量（包括层间有效质量、层间耦合和垂直电场引起的不对称在位能量），研究了这种具有强散射强度的谷混合效应。对于双层石墨烯，我们发现两个重要的特征，即，在存在散射阵列的情况下谷间散射的混合和干涉，以及由于布洛赫波展开系数对所施加的电场的依赖性而导致的严重变形或甚至完全破坏霍夫斯塔德型能带结构的电场诱导的位置能量不对称。
2018-10-14 cond-mat.mes-hall
Topological Valley Transport in Bilayer Graphene Induced by Interlayer Sliding
本研究通过理论与实验结合，证实双层石墨烯的可控层间滑动可诱导贝里曲率反转产生拓扑态，实现拓扑谷输运，为二维材料电子性质调控提供了新手段。
2025-11-16 cond-mat.mes-hall
Complete Spin and Valley Polarization by Total External Reflection from Potential Barriers in Bilayer Graphene and Monolayer Transition Metal Dichalcogenides
结果表明，双层石墨烯（BLG）和单层过渡金属二硫属化物（TMD）中的势垒可以将谷非极化入射电流分裂为具有相反谷极化的反射和透射电流。谷不对称传输不可避免地发生，因为低对称性的总哈密顿量，当发生全外反射的传输是100%的谷极化的BLG和100%的自旋和谷极化的TMD，除了指数小的修正。通过调节电位，可以获得100%的极化，而不管势垒的晶体取向如何。谷偏振器可以通过将准直的载流子束布置成在全外反射的角度范围内入射到阻挡件上来实现。相对转动为$\pmπ/3$的势垒的透射系数与对称性有关。这允许使用两个势垒来证明电流是谷极化的。一个软壁势被用来模拟的障碍和方法来找到传输系数的解释。在单层TMD的情况下，使用4带k.p哈密顿量，并通过拟合从头算能带结构获得k.p参数。
2021-09-10 cond-mat.mes-hall
Spin-valley locked excited states spectroscopy in a one-particle bilayer graphene quantum dot
针对单载流子双层石墨烯量子点在小垂直磁场中激发态光谱未解析的问题，本文用4μeV分辨率的时间分辨电荷检测技术测量其磁场依赖性，验证预测光谱并确立谷间混合上限，为谷量子比特弛豫时间测量奠定基础。
2025-02-11 cond-mat.mes-hall
Topological valley transport at the curved boundary of a folded bilayer graphene
谷电子学的发展要求长距离电子输运保持谷指数，类似于电子自旋的自由度。为此，一种有前途的结构是在特殊的静电条件或特定的堆叠配置下在双层石墨烯（BLG）中形成的拓扑一维（1D）通道，称为畴壁（DW）。在这些1D通道中，谷指数定义了载流子的传播方向，并且手性边缘态（扭结态）在许多种无序下是鲁棒的。然而，DW的制造是具有挑战性的，需要设计复杂的多栅极结构或已在粗糙的衬底上生产，显示出有限的平均自由程。在这里，我们报告了在折叠双层石墨烯（折叠BLG）的弯曲边界处形成的高质量DW。在这样的1D导电通道，我们测量了一个两端电阻接近量子电阻$R = e^2/4h$在零磁场，扭结状态的签名。我们的实验揭示了一个远程弹道输运制度，只发生在DW的折叠BLG，而其他地区的行为像半导体可调带隙。
2019-01-24 cond-mat.mes-hall
Spin-valley 0.7 anomaly in bilayer graphene/WSe$_2$ quantum point contacts
Solid State Physics Laboratory, ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院固态物理实验室）；Research Center for Materials Nanoarchitectonics, National Institute for Materials Science（国立材料研究所材料纳米结构研究中心）；Research Center for Electronic and Optical Materials, National Institute for Materials Science（国立材料研究所电子与光学材料研究中心）；Department of Physics, Ben-Gurion University of the Negev（内盖夫本-古里安大学物理系）
该研究在双层石墨烯/WSe₂量子点接触中观测到自旋-谷0.7电导反常，揭示了近邻自旋轨道耦合引发的自旋-谷分裂机制，明确谷自由度的核心作用，为谷交换关联物理研究提供了新方向。
2025-11-09 cond-mat.mes-hall
Intrinsic nonlinear valley Nernst effect in the strained bilayer graphene
本文通过半经典框架理论预测了应变双层石墨烯中的本征非线性谷能斯特效应，该效应源于量子度量，可在具有反演和时间反演对称性的材料中产生纯谷电流，且随应变类型发生符号反转。
2025-10-07 cond-mat.mes-hall
Disentangling orbital and valley Hall effects in bilayers of transition metal dichalcogenides
最近已经表明，在2 H结构相中的过渡金属二硫属化物（TMD）的单层在它们的能带隙内表现出相对大的轨道霍尔电导率平台，其中它们的自旋霍尔电导率消失。然而，由于这些系统中的谷霍尔效应（VHE）也产生轨道角动量的横向流动，因此区分这些材料中的两种效应在实验上变得具有挑战性。VHE需要反转对称性破缺发生，这发生在TMD单层中，而不是在双层中。我们发现，双层的2 H-MoS $_2$是一个轨道霍尔绝缘体，表现出相当大的OHE在没有自旋和谷霍尔效应。这个阶段的特点是一个轨道陈数，假定值$\mathcal{C}_{L}=2$的2 H-MoS $_2$双层和$\mathcal{C}_{L}=1$的单层，确认这些轨道霍尔绝缘体系统的拓扑性质。我们的研究结果是基于密度泛函理论（DFT）和低能量有效模型计算，并强烈建议，双层的TMD是非常合适的平台，直接观察的轨道霍尔绝缘相在二维材料。我们的研究结果的影响，试图观察的VHE在TMD双层进行了讨论。
2021-02-05 cond-mat.mes-hall
Persistent current and orbital magnetization along a valley-contrasting junction in bilayer graphene in a magnetic field
Yukawa Institute for Theoretical Physics Kyoto University（京都大学汤川理论物理研究所）
研究磁场中双层石墨烯谷对比结的赝零模电子态（扭结态）的能谱和电磁响应，发现两种谷电流（漂移电流和回旋电流）同向流动，并形成准一维轨道磁化通道，可用于谷电子学。
2026-06-18 cond-mat.mes-hall
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
Demonstration of acoustic high-order Stiefel-Whitney semimetal in bilayer graphene sonic crystals
本文利用投影对称性构建了同时具备第一和第二Stiefel-Whitney拓扑荷的声学高阶半金属，其仅由一类拓扑不变量保护两种体-边缘对应关系，并在双层石墨烯声子晶体中实验验证了同频嵌入的高质量表面态与铰链态。
2023-04-25 cond-mat.mes-hall
A ballistic electron source with magnetically-controlled valley polarization in bilayer graphene
本研究在双层石墨烯中构建双量子点接触结构，利用面外磁场调控实现谷极化弹道电流，通过实验与半经典模拟验证效应鲁棒性，提出可调谷极化弹道电子源方案。
2023-10-23 cond-mat.mes-hall
Tunable and giant valley-selective Hall effect in gapped bilayer graphene
贝里曲率类似于磁场，但在动量空间中，并且通常存在于具有非平凡量子几何的材料中。它赋予布洛赫电子横向反常速度，即使在没有磁场的情况下也能产生类霍尔电流。我们报道了原位可调谐的谷选择性霍尔效应（VSHE）的直接观测，其中反转对称性，从而电子的几何相位，是由一个面外电场控制。我们使用高品质的双层石墨烯与固有的和可调的带隙，照射圆偏振的中红外线，并确认所观察到的霍尔电压产生的光诱导谷人口。与二硫化钼相比，我们发现的数量级更大的VSHE，由于带隙的Berry曲率的逆缩放。通过对谷选择性霍尔电导的监测，研究了带隙对Berry曲率的影响。这种VSHE的原位操作为拓扑和量子几何光电器件铺平了道路，例如更鲁棒的开关和检测器。
2022-04-20 cond-mat.mes-hall
Valley Isospin Controlled Fractional Quantum Hall States in Bilayer Graphene
本工作通过垂直电场精细调控双层石墨烯的谷同位旋，发现ν=5/2偶数分母分数量子霍尔态及其Levin-Halperin子态，并构建谷极化相图，证明谷同位旋的SU(2)特性，为拓扑序和量子信息研究铺路。
2023-08-11 cond-mat.mes-hall
Interplay of valley, layer and band topology towards interacting quantum phases in moiré bilayer graphene
本文通过磁输运测量研究了零度对准的BBG/hBN异质结构，揭示了谷-层耦合对莫尔能带拓扑的调控作用，并观察到关联绝缘体、螺旋边缘态和陈绝缘体等量子相。
2024-08-01 cond-mat.mes-hall
Electron-hole crossover in gate-controlled bilayer graphene quantum dots
带隙双层石墨烯中的电子和空穴布洛赫态在带边缘附近表现出具有相反符号的拓扑轨道磁矩，这允许在面外磁场中可调谐的谷极化。这种固有性质使得双层石墨烯中的电子和空穴量子点（QD）对于谷和自旋谷量子比特是有趣的。在这里，我们展示了双层石墨烯量子点中电子-空穴交叉的测量结果，证明了与Berry曲率相关的轨道磁矩的相反符号。使用三层金属顶栅，我们独立地控制量子点的隧穿势垒，同时将占据从少空穴制度调整到少电子制度，穿过位移场控制的带隙。带隙约为25 meV，而电子和空穴点的充电能量在3-5 meV之间。提取的谷g因子为17左右，并导致相反的谷极化的电子和空穴状态在中等B场。我们的测量结果与我们设备的紧束缚计算吻合得很好。
2020-09-19 cond-mat.mes-hall
Zero-energy modes and valley asymmetry in the Hofstadter spectrum of bilayer graphene van der Waals heterostructures with hBN
我们调查的双层石墨烯（BLG）和六方氮化硼（hBN）组成的异质结构的磁性微带的数值对角化的两个带的哈密顿量，描述在存在的莫尔电位的BLG中的电子。由于莫尔势的反转对称性破缺特性，谱的谷对称性被破缺，但尽管如此，BLG中的零能量朗道能级仍然存在，尽管简并度降低。此外，我们推导出有效的模型的低能量功能的磁迷你带，并证明了二次狄拉克点的外观在价带，我们证实了数值模拟。然后，我们分析了在载流子密度和磁场变化的情况下，分形能谱中的单粒子隙如何产生一系列不可压缩态。
2016-03-07 cond-mat.mes-hall
