Robust optical emission polarization in MoS2 monolayers through selective valley excitation
我们报告的偏振分辨光致发光单层二硫化钼，一个二维的，非中心对称的晶体，在动量空间中的两个不同的谷直接的能隙。固有的手性光学选择性允许激发这些谷中的一个，并且在4K下观察到接近90%的偏振发射，在300K下保持40%的偏振。发射的高偏振度在高达9 T的横向磁场中保持不变，表明稳健的选择性谷激发。
2012-08-09 cond-mat.mtrl-sci
Large valley splitting in monolayer WS$_2$ by proximity coupling to an insulating antiferromagnetic substrate
提升谷简并度是实现谷极化以用于进一步谷电子操作的有效方式。在这项工作中，我们证明了一个大的谷分裂可以获得在单层过渡金属dichalcogenides通过磁邻近耦合到一个绝缘的反铁磁衬底。作为一个例子，我们进行第一性原理计算，研究单层WS $_2$的MnO（111）表面上的电子结构。计算结果表明，单层WS $_2$的价带产生了214 meV的谷分裂，对应于1516 T的塞曼磁场.谷分裂的大小依赖于界面轨道杂化的强度，并且可以通过施加外部面外压力和面内应变来连续地调整。更有趣的是，我们发现，自旋和谷指数将翻转时，MnO的磁有序是逆转。此外，由于WS $_2$ /MnO异质结构中存在较大的Berry曲率和时间反演对称性破缺，在面内电场的存在下，可以产生自旋和谷极化的反常霍尔电流，这使得人们可以通过电学方法检测谷。我们的研究结果揭示了实现谷电子器件使用的反铁磁绝缘体作为衬底。
2017-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Controlled Curie temperature, magnetocrystalline anisotropy, and valley polarization in 2D ferromagnetic Janus 2H-VSeS monolayer
受成功合成具有内禀铁磁性和高居里温度（T $_{c}$）的二维V基Janus dichloride单分子膜的启发，采用第一性原理计算对Janus 2 H-VSeS单分子膜的电子结构、自旋谷分裂和磁各向异性进行了详细的研究.结果表明，Janus 2 H-VSeS单分子膜具有105 meV的大的谷分裂，278 K的高T $_{c}$和良好的磁晶各向异性（0.31meV），这是由V原子的面内d $_{x^{2}-y^{2}}$ /d $_{xy}$轨道贡献的.双轴应变（$-$ 8%< $\varepsilon$ <8%）可以有效地调节Janus 2 H-VSeS单分子膜中V原子的磁矩、谷裂$Δ$ E、T $_{c}$和MAE。相应的$Δ$ E和T $_{c}$分别从72 meV调整到106.8meV和从180 K调整到340 K。由于V 3d轨道占据的变化，还观察到了从双极磁性半导体（BMS）到半导体（HSC）、自旋无隙半导体（SGS）和半金属（HM）的电子相变。由于空间和时间反转对称性的破坏，相反的谷电荷载流子携带相反的Berry曲率，这导致在K和K $^{\prime}$谷处显著的异常霍尔电导率。通过施加双轴应变和载流子掺杂，Berry曲率的最大调制分别达到45%和9.5%。稳定的面内磁晶各向异性和大的自发谷极化使铁磁Janus 2 H-VSeS单层膜成为实现自旋电子学和谷电子学器件…
2022-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Defect-induced modification of low-lying excitons and valley selectivity in monolayer transition metal dichalcogenides
利用量子化学从头算和Bethe-Salpeter方程计算方法研究了过渡金属二硫属化合物中点缺陷缺陷对单层结构光学性质的影响。我们发现，硫族元素空位在价带的准粒子连续谱中引入了未占据的隙内态和占据的共振缺陷态。这些缺陷态产生许多强束缚的缺陷激子，并与原始系统的激子杂交，从而降低谷选择性圆二色性。我们的研究结果提出了一种通过缺陷工程来调节自旋谷偏振和其他光学性质的途径。
2018-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Subcycle control of valley-selective excitation via dynamical Franz-Keldysh effect in WSe$_2$ monolayer
本研究基于含时密度泛函理论的第一性原理计算，揭示了WSe₂单层中谷选择性动力学Franz-Keldysh效应的物理机制，为谷自由度的亚周期调控提供了理论依据。
2023-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Janus monolayer TaNF: a new ferrovalley material with large valley splitting and tunable magnetic properties
基于第一性原理计算，预测新型Janus TaNF单层具有大本征谷劈裂、高压电性和高居里温度，并可通过双轴应变调控带隙、谷劈裂和磁各向异性能，适用于高温自旋电子学与谷电子学器件。
2023-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Spin- and valley- coupled electronic states in monolayer WSe2 on bilayer graphene
我们通过外延生长在双层石墨烯上制备了高质量的单层WSe2薄膜，并通过自旋和角度分辨光电子能谱揭示了其电子态。我们观察到一个直接的能隙在布里渊区的角落相比，间接性质的差距，在散装WSe 2，这是由于缺乏层间相互作用和破坏的空间反转对称性的单层膜。一个巨大的自旋分裂约0.5 eV，这是已知的单层过渡金属二硫属化物中最大的，观察到的能带附近的区角。目前的研究结果表明，高潜在的适用性WSe 2开发先进的设备的基础上与自旋和谷自由度的耦合。
2015-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Polarization and valley switching in monolayer group-IV monochalcogenides
IV族单硫属化物是具有正交结构的二维褶皱材料家族，该正交结构由极性层组成。在这篇文章中，我们使用第一性原理计算来显示单层SnS和GeSe的多稳态，这两种原型材料的褶皱方向可以通过施加拉伸应力或电场来切换。此外，在动量空间中的两个不相等的谷，这是由褶皱取向，可以选择性地使用线性偏振光激发，这提供了一个额外的工具来识别偏振方向。我们的研究结果表明，SnS和GeSe单分子膜可能具有可观察到的铁电性和多稳态，在信息存储中具有潜在的应用。
2016-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Strain-tunable multipiezo effects in Janus monolayer Cr2SSe: Selective reversal of valley polarization and single-spin-channel anomalous valley Hall effect
Jishou University（吉首大学）
研究通过第一性原理计算揭示Janus单层Cr2SSe中应变可调的多铁电效应，展示谷极化反转与单自旋通道异常谷Hall效应，为低功耗谷度自由度操控提供理论基础。
2026-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Isovalent alloying assisted anomalous valley Hall effect in hexagonal antiferromagnetic monolayer
该研究提出通过等价合金化打破PT对称性，在六方反铁磁单层中实现自旋劈裂与反常谷霍尔效应，并通过第一性原理计算在CrMoC2S6单层中验证，拉伸应变可增强谷劈裂。
2024-05-29 cond-mat.mtrl-sci
A possible electronic state quasi-half-valley-metal in $\mathrm{VGe_2P_4}$ monolayer
谷电子学的关键问题之一是实现谷极化。铁谷（FV）半导体和半谷金属（HVM）被提出，它们具有本征自发谷极化。在这里，我们提出了准半谷金属（QHVM）的概念，包括电子和空穴载流子，只有一种类型的载流子被谷极化。QHVM可以实现电子和空穴的分离功能。一个具体的例子$\mathrm{VGe_2P_4}$单分子层被用来说明我们的建议，通过第一性原理计算。为了更好地实现QHVM，施加电场以调谐$\mathrm{VGe_2P_4}$的相关谷特性。在所考虑的电场范围内，$\mathrm{VGe_2P_4}$始终是铁磁（FM）基态，通过计算磁各向异性能（MAE），包括磁形状各向异性（MSA）和磁晶各向异性（MCA）能，发现$\mathrm{VGe_2P_4}$具有面外磁化。这些面外FM特性保证了$\mathrm{VGe_2P_4}$中固有的自发谷极化。在一定的电场范围内，QHVM可以保持不变，相关的极化特性可以有效地调节。我们的工作为valleytronics的二维（2D）功能材料设计铺平了道路。
2022-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Fractional quantum ferroelectric control of spin-valley locking and valley Hall effects in altermagnetic monolayer Cr2S2
Jishou University（吉首大学）
研究单层Cr2S2中自旋-谷锁定和谷霍尔效应的分数量子铁电控制。通过第一性原理计算，利用复合对称操作实现二维FQFE-AM平台及可切换状态，实现极化可切换的自旋-谷锁定和极化控制的谷霍尔效应，为低功耗谷电子器件提供途径。
2026-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Electric-filed tuned anomalous valley Hall effect in A-type hexagonal antiferromagnetic monolayer
本文提出利用面外电场破坏A型六角反铁磁单层的PT对称性以产生并调控自旋劈裂，并通过Cr2CH2的第一性原理计算验证了层锁定反常谷霍尔效应。
2023-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Quantum spin Hall insulators and quantum valley Hall insulators of BiX/SbX (X = H, F, Cl, and Br) monolayers with a record bulk band gap
大的体带隙是量子自旋霍尔绝缘体或二维拓扑绝缘体在室温自旋电子器件中应用的关键。基于第一性原理计算，我们预测了一组二维拓扑绝缘体BiX/SbX（X = H，F，Cl，and Br）单分子膜，其体隙从0.32 eV到1.08 eV.这些巨能隙完全是由于Bi/Sb原子在蜂窝晶格的两个谷K和K'附近的px和py轨道的强自旋轨道相互作用的结果，这与石墨烯/硅烯中的pz轨道有很大不同。BiX/SbX单分子膜的拓扑特征是由计算的非平凡的Z2指数和明确的建设，在这些系统中的低能有效哈密顿量确认。我们发现BiX单层的蜂窝结构即使在600 K的温度下也保持稳定。这些特性使得BiX/SbX巨隙TI单层膜成为实现许多奇异现象和制造新的量子器件的理想平台。此外，偏压BiX/SbX单层膜成为量子谷霍尔绝缘体，显示出谷选择性圆二色性。
2014-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous valley Hall effect in electric-potential-difference antiferromagnetic $\mathrm{Cr_2CHCl}$ monolayer
提出在电势差反铁磁Cr2CHCl单层中通过Janus结构破坏PT对称性诱发自发自旋劈裂，实现大于室温热能的谷劈裂和层锁定反常谷霍尔效应。
2024-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Valley-polarized quantum anomalous Hall insulator in monolayer $\mathrm{RuBr_2}$
本征铁谷（FV）与非平凡能带拓扑的共存，不仅由于其基础物理性质，而且由于其潜在的应用，即谷极化量子反常霍尔绝缘体（VQAHI），引起了人们的广泛兴趣。在这里，基于第一性原理计算，通过使用广义梯度近似加上$U$（GGA+ $U$）方法，由电子相关或应变引起的VQAHI可以发生在单层$\mathrm{RuBr_2}$中。对于垂直磁各向异性（PMA），铁谷（FV）到半谷金属（HVM）到量子反常霍尔（QAH）到HVM到FV的跃迁可以通过增加电子相关$U$来驱动。然而，对于面内磁各向异性，没有特殊的QAH态和谷极化。通过计算实际的磁各向异性能（MAE），发现由于PMA、单位Chern数/手征边缘态和自发谷极化，两个HVM态之间确实存在VQAHI。$U$的增加可引起VQAHI，其原因是$d_{xy}$ / $d_{x^2-y^2}$和$d_{z^2}$轨道之间的Berry曲率或能带反转。即使真实的$U$落在该范围之外，VQAHI也可以通过应变来实现。以$U$ $=$ 2.25 eV作为具体情况，单层$\mathrm{RuBr_2}$可以在约0.985压缩应变下从普通铁磁（FM）半导体变为VQAHI。值得注意的是，VQAHI的边缘态是手性自旋谷锁定，这可以实现低功耗电子器件的完全自旋和谷极化。单层$\mathrm{RuBr_2}$中VQAHI的能带隙和谷分裂都高于室温的热能（25 meV），这对…
2022-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Phonon-Diffuse Scattering as a Tool for Observing Chiral Phonons in Monolayer Hexagonal Lattices
该研究提出超快声子漫散射可直接观测六方二维材料中谷极化激发产生的手性声子，结合从头算计算为研究载流子谷退极化机制提供新途径。
2023-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Valley engineering electron-hole liquids in TMDC monolayers
电子空穴液体（EHLs），一种物质的相关态和热力学液体，最近被发现在室温下存在于MoS2的悬浮单层中。与自由激子相比，液体内部的辐射复合速率明显更高，这为诸如宽带激光之类的光电应用带来了希望。在本文中，我们表明，利用MoS2中的谷物理可能是实现EHL的特定特性（如发射波长，线宽，最重要的是，液体密度）的可调谐性的途径。在体半导体以及TMDC单层中形成EHL的条件是相当严格的，需要体半导体中的高晶体纯度和低温温度，以及单层中的悬浮液。使用一个简单而强大的模型来描述自由激子，并表明在衬底支撑的单层样品中，到EHL状态的相变可能是可行的。更多可重复的实验实现的EHL可能是必不可少的回答问题的性质的电子空穴相关性，以及它们如何可能被用来产生非平凡的光的状态。
2022-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional rare-earth Janus 2$\textit{H}$-Gd$\textit{XY}$ ($\textit{X}$,$\textit{Y}$=Cl, Br, I, $\textit{X}$$\neq$$\textit{Y}$) monolayers: Bipolar ferro-magnetic semiconductors with high Curie temperature and large valley polarization
本文通过第一性原理预测了二维稀土Janus 2H-GdXY单层，发现其具有高居里温度的双极铁磁半导体特性、可调磁各向异性及60-120 meV的鲁棒谷劈裂，在自旋电子学和谷电子学器件中具有重要应用潜力。
2023-03-24 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Valley Zeeman Splitting in Fe-Doped Monolayer MoS2
塞曼效应为自旋自由度（DOF）的磁性操纵提供了独特的机会。近年来，二维过渡金属二硫族化物在液氦温度下出现了谷塞曼分裂现象。然而，为了实现谷赝自旋的实际应用，谷自由度必须在室温下由磁场控制，这仍然是一个重大的挑战。TMD中的磁性掺杂可以增强塞曼分裂，然而，在实验上实现这一点并不容易。在这里，我们报告明确的磁操纵谷塞曼分裂在300 K（g = -6.4）和10 K（g = -11）在CVD生长的Fe掺杂的二硫化钼单层;有效的g因子可以调整到-20.7通过增加Fe掺杂剂的浓度，这代表了约五倍的增强相比，未掺杂的二硫化钼2。我们的测量和计算表明，增强的分裂和geff因子是由于局域磁矩（Fe 3d电子）通过d轨道杂化与MoS 2的Heisenberg交换相互作用。
2020-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectric altermagnetism and spin-valley polarization in Janus monolayer $\mathrm{Cr_2SO}$
研究预测Janus单层Cr₂SO为兼具大面外压电性与费米能级附近自旋劈裂的交错磁性半导体，并可通过单轴应变实现自旋和谷极化。
2023-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Electrically switchable valley polarization, spin/valley filter, and valve effects in transition-metal dichalcogenide monolayers interfaced with two-dimensional ferromagnetic semiconductors
过渡金属二硫属化物单层中的电子谷驱动新的物理学，并允许设计多功能架构的应用。我们建议通过能带工程来操纵这些系统中的自旋/谷滤波器和阀器件的电子谷。在我们的策略中，电子谷直接耦合到二维铁磁体的自旋极化态，而不是在以前的研究中广泛使用的磁邻近效应。我们发现，这种耦合的结果在谷选择性的间隙开放，由于自旋动量锁定在过渡金属二硫属化物单层。这种物理现象引起了各种意想不到的电子性质和现象，包括半金属性，电可切换的谷极化，自旋/谷过滤器和阀效应的过渡金属二硫属化物单层。基于第一性原理计算，我们在MoTe $_2$/CoCl $_2$和CoCl $_2$/MoTe $_2$/CoCl $_2$ van der Waals异质结中进一步证明了我们的想法.因此，我们的研究提供了一种新概念器件的过渡金属二硫属化物单分子膜的电子谷工程的方法。
2021-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Assessment of valley coherence in a high-quality monolayer molybdenum diselenide
本研究通过偏振分辨光致发光光谱发现单层MoSe2的谷相干性约为10%且不受样品质量影响，揭示了本征散射源是限制谷相干性的主要因素。
2023-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Protected valley states and generation of valley- and spin-polarized current in monolayer MA2Z4
具有自旋谷耦合的二维材料所遵循的光学选择规则使得载流子能够被选择性激发。我们发现，单层MA 2 Z 4（M = Mo和W; A = C，Si和Ge; Z = N，P和As）家族的六个成员是直接带隙半导体与保护谷态和圆偏振红外线可以诱导谷选择性带间跃迁。我们的光电谷电子器件在面内偏置和圆偏振红外线下显示出接近100%的谷和自旋极化电流，可用于编码、处理和存储信息。
2021-12-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Valley contrasting chiral phonons in monolayer hexagonal lattices
在单层六方晶格中，布里渊区出现两个不等价的谷。在反演对称破缺的情况下，我们发现了具有圆极化和离子磁矩谷的手征声子。在谷中心，有一个三重旋转对称性赋予声子一个量子化的赝角动量，其中包括自旋和轨道部分。从赝角动量守恒、晶体动量守恒和能量守恒出发，得到了电子与声子谷间散射的选择定则。验证了单层二硫化钼中的手征谷声子，并预测了其选择规则。由于谷对比声子Berry曲率，也可以检测到谷声子霍尔效应。谷区对比手性声子与声子圆极化、离子磁矩、声子赝角动量、谷区声子霍尔效应一起，将构成未来谷区电子学和声子学应用的基础。
2015-02-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spontaneous Valley Splitting and Valley Pseudospin Field Effect Transistor of Monolayer VAgP2Se6
谷电子学是一个新兴的研究能带边缘载流子涌现自由度的学科，由于其具有许多有趣的量子现象和在信息处理工业中的潜在应用而引起了人们的极大兴趣。永久性谷极化的产生，即不同谷的不平衡占用，是谷电子学面临的主要挑战，也是亟待解决的问题。通过第一性原理计算，我们预测VAgP2Se6的自旋轨道耦合和磁有序性使得原始单分子层中自发的谷塞曼型分裂成为可能.在适当的掺杂后，塞曼型谷分裂可以导致永久谷极化。塞曼型谷分裂类似于自旋电子学中自旋极化的作用，是谷电子学中实用器件的重要要求。VAgP2Se6单层膜的非等效谷区可以发射或吸收具有相反手性的圆偏振光，因此该材料在光子自旋滤波器和圆偏振光源方面具有很大的潜力。基于单层VAgP_2Se_6薄膜设计了一种类似于自旋场效应晶体管的谷型赝自旋场效应晶体管（VPFET）。除了普通的晶体管之外，VPF不仅携带电子的信息，还携带谷赝自旋的信息。
2018-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous valley polarization in monolayer MoSe2
现代电子设备严重依赖于对电子的电荷和自旋的精确控制。可控谷值自由度的出现为谷值电子学的发展带来了新的可能性和广阔的前景。最近，谷激发选择手性光泵浦已被观察到在单层二硫化钼。在这项工作中，我们报告了单层MoSe 2（过渡金属二硫属元素（MX 2）家族的另一个成员）的偏振光致发光（PL）测量，并观察到与MoS 2的结果存在巨大差异。特别是，我们确定了一个谷极化（VP）高达70%的B激子，而A激子是小于3%。此外，我们还找到了A- trion的一个小的有限负VP.这些结果揭示了几个新的谷内和谷间散射过程，显着影响谷极化，从而提供了新的见解激子物理在单层MX 2和可能的valleytronic应用。
2015-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum Anomalous Hall and Valley Quantum Anomalous Hall Effects in Two-Dimensional d0 Orbital XY Monolayers
我们提出了一个新的家庭的d 0轨道XY（X = K，Rb，Cs; Y = N，P，As，Sb，Bi）单分子膜具有丰富和新颖的拓扑结构和谷的性质。KN、RbN、RbP、RbAs、CsP、CsAs和CsSb单分子膜具有显著的量子反常霍尔效应（QAHE）。CsSb单层也表现出异常的谷QAHE与巨大的分裂。此外，由于px;y和pz轨道之间的应变诱导带反转，XY单层的拓扑性质可以通过面内应变有效地调节。我们的研究结果表明，d 0轨道XY单层膜可以是很好的候选人，有前途的应用在自旋电子学和多功能拓扑为基础的设备。
2022-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley and spin splittings in a valley-layer-locked monolayer via atomic adsorption
通过原子吸附在TiSiCO单层中实现谷与自旋分裂，利用过渡金属吸附原子提供电场和磁近邻效应，并通过外部电场调节分裂，为探索自旋、谷和层赝自旋相互作用及设计光电器件提供机会。
2022-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A possible way to achieve anomalous valley Hall effect by piezoelectric effect in $\mathrm{GdCl_2}$ monolayer
铁谷材料可以通过其固有的铁磁性引入的固有自发谷极化来实现谷自由度的操纵。一种好的铁谷材料应该具有垂直磁各向异性（PMA）、谷点处的价带最大值（VBM）/导带最小值（CBM）、强铁磁（FM）耦合和适当的谷分裂。在这项工作中，单层$\mathrm{GdCl_2}$提出作为一个潜在的候选材料的valleytronic应用的第一性原理计算。证明了单层$\mathrm{GdCl_2}$是一种FM半导体，其易磁化轴沿面外方向，具有很强的FM耦合。由于其固有的铁磁性和自旋轨道耦合（SOC），产生了一个自发的谷极化与谷分裂为42.3 meV。尽管无应变单层$\mathrm{GdCl_2}$的VBM远离谷点，但很小的压应变（约1%）就能使VBM向谷点移动。提出了一种利用压电效应而不是外加电场在单层$\mathrm{GdCl_2}$中实现反常谷霍尔效应的可能途径，即压电反常谷霍尔效应（PAVHE）。这种现象可以归类为压电谷电子学，类似于压电电子学和压电光电子学。唯一的独立压电应变系数$d_{11}$为-2.708 pm/V，这与经典的块状压电材料$α$ -石英的压电应变系数（$d_{11}$ =2.3 pm/V）相当。考虑了双轴面内应变和电子关联效应，证实了我们结果的可靠性。最后，单层$\mathrm{GdF_2}$被预测为铁谷材料，具有动态和机械稳定性，PMA，在谷点的VBM，强FM耦合，谷分裂为4…
2021-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coupled spin and valley physics in monolayers of MoS2 and other group-VI dichalcogenides
我们发现，反转对称性破缺与自旋轨道耦合导致耦合自旋和谷物理在单层的二硫化钼和其他VI族dichalcogenides，使可能的控制自旋和谷在这些二维材料。在价带边缘的自旋-谷耦合抑制自旋和谷弛豫，因为谷对比自旋分裂单独禁止每个指数的翻转。谷霍尔效应和自旋霍尔效应同时存在于电子掺杂和空穴掺杂体系中。光学带间跃迁具有依赖于频率的偏振选择规则，其允许具有谷和自旋指数的各种组合的载流子的选择性光激发。光致自旋霍尔和谷霍尔效应可以在样品边界上产生长寿命的自旋和谷积累。这里讨论的物理提供了一条路线，在多谷材料与强自旋轨道耦合和反转对称性破缺的valleytronics和自旋电子学的集成。
2012-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley-selective optical Stark effect in monolayer WS2
打破二维晶体中的时空对称性可以显著地影响其宏观电子性质。单层过渡金属二硫属化物（TMD）是最好的例子，其中固有的破缺晶体反转对称性允许产生谷选择性电子种群，即使两个谷是能量简并的，由时间反转对称性锁定。提升这些材料中的谷简并性是非常令人感兴趣的，因为它将允许谷特定的能带工程并在谷电子应用中提供额外的控制。虽然施加磁场原则上应该完成这一任务，但迄今为止的实验没有观察到实验室中可访问的场中的谷选择性能级移位。在这里，我们展示了第一个直接的证据，解除谷简并在单层TMD WS2。通过施加强烈的圆偏振光，这打破了时间反演对称性，我们证明，在每个谷的激子能级可以选择性地调谐多达18 meV通过光学斯塔克效应。这些结果提供了一种新的方式来控制谷自由度，并可能提供一种手段，以实现新的谷选择Floquet拓扑相位的二维TMD。
2014-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Vanadium doping induced valley asymmetries in WS$_2$ monolayers
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；University of Central Florida（中佛罗里达大学）
本研究通过钒掺杂WS₂单层实现谷不对称性，增强谷极化效率，为缺陷工程二维材料的谷电子学应用奠定基础。
2026-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley depolarization due to inter- and intra-valley electron-hole exchange interactions in monolayer MoS$_{2}$
研究了单层MoS $_{2}$中由于电子-空穴交换作用引起的谷区去极化。计算了谷内和谷间电子-空穴交换相互作用的长程和短程部分。我们发现长程和短程交换相互作用都能引起谷间和谷内的亮激子跃迁。由于价带的大分裂，谷内亮激子跃迁通道几乎被禁止，由于交换相互作用的谷间通道可以通过Maialle-Silva-Sham机制有效地引起谷去极化[Phys. Rev. B { \bf 47}，15776（1993）]。在只考虑长程交换作用的情况下，计算结果与最近的谷极化实验，包括时间分辨谷极化测量、泵浦-探测实验和稳态PL极化测量结果吻合较好。进一步证明了对于质心动量大（小）的A激子，长程交换作用可以引起{ \em快}（{ \em慢}）谷间激子跃迁.
2014-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exciton valley depolarization in monolayer transition-metal dichalcogenides
谷自由度是单层过渡金属二硫属化物中的一个重要的量子数。类似于半导体中的光学自旋取向，吸收光子的螺旋度可以传递到光激发电子和空穴的谷（赝自旋）量子数。与量子力学自旋类似，谷量子数也不是守恒量。由于长程电子-空穴交换，单层过渡金属二硫属化物中激子的谷去极化在低温下通常需要几ps。类似于这种行为的是单层MoSe $_2$和MoTe $_2$，其中去极化快得多。我们阐明了这些材料的神秘异常，发现它起源于Rashba诱导的暗激子和亮激子分支旁边的简并点耦合。当光激发的激子在简并区域附近的状态之间的能量弛豫期间散射时，它们在失去初始螺旋度后到达光锥。谷去极化在单层WSe $_2$、WS $_2$和可能的MoS $_2$中没有那么快，其中Rashba诱导的耦合可以忽略不计。
2019-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley-Polarized Exciton-Polaritons in a Monolayer Semiconductor
过渡金属二硫属化物的单层是二维直接带隙半导体，在电子结构中具有简并但不等效的“谷”，其可以被偏振光选择性地激发。当这些材料与光子强耦合时，已经观察到光和物质的相干叠加，激子-极化激元，但是这些混合准粒子不利用单层过渡金属二硫属化物的谷敏感激发。在这里，我们证明了谷极化激子极化激元在单层的MoS $_2$嵌入在介电微腔的证据。与传统的微腔激子-极化激元不同，这些轻物质准粒子发射具有光谱拉比分裂的偏振光。腔修改激子动力学和谷间弛豫的相互作用，在高协同制度导致谷极化激子极化激元持续到室温，不同的裸单分子膜中消失的极化。实现在室温下工作的偏振敏感极化激元器件为操纵光和物质相干态中的新颖谷自由度提供了一条途径。
2017-01-19 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Magnetically and electrically controllable valley splittings in MXene monolayers
本文基于第一性原理研究多铁性Co$_2$CF$_2$ MXene单层的谷劈裂，发现H$^{\prime}$相和T$^{\prime}$相均可通过磁化方向旋转和电场调控谷劈裂的大小与符号，为谷电子学提供了多铁耦合调控新途径。
2023-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-valley qubit in nanostructures of monolayer semiconductors: Optical control and hyperfine interaction
我们研究了单电子携带的自旋谷量子比特在单层TMD纳米结构中的光学控制可能性，包括由横向异质结和带电杂质形成的小量子点。量子控制时的限制诱导谷杂交和当谷杂交是缺席讨论。我们发现，在这两种情况下，体谷和自旋光学选择规则可以以不同的形式继承，这两种情况都允许定义自旋谷量子比特与所需的光学可控性。我们还研究了核自旋引起的退相干以及利用超精细相互作用的谷间项对电子-核自旋纠缠的量子控制。讨论了单个量子点中的光控双量子比特操作。
2016-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley relaxation of resident electrons and holes in a monolayer semiconductor: Dependence on carrier density and the role of substrate-induced disorder
利用时间分辨的光学克尔旋转，我们测量了剥离的WSe $_2$单分子膜中的电子和空穴的低温谷动力学作为载流子密度的系统函数。为了调和迄今为止报道的单层半导体中载流子谷动力学的许多不同的时间尺度，我们直接比较了具有不同介电环境的两个静电门控WSe $_2$单层中的掺杂依赖的谷弛豫。在完全封装的结构（hBN/WSe $_2$ /hBN，其中hBN是六方氮化硼）中，发现谷弛豫是单指数的。在低载流子密度下，谷弛豫时间$τ_v$相当长（$\sim$ 10~ $μ$ s），但在高电子或空穴密度下迅速减小到小于100~ns（$\gtrsim$ ~cm $^{-2}$）.相反，在直接置于二氧化硅上的部分包封的WSe $_2$单层（hBN/WSe $_2$ /SiO $_2$）中，载流子谷弛豫在低载流子密度下是多指数的。这种差异归因于来自SiO $_2$衬底的环境无序。出乎意料的是，非常小的面外磁场可以增加$τ_v$，特别是在hBN/WSe $_2$ /SiO $_2$结构中，这表明由无序诱导的局域态可以在去极化自旋和介导单层过渡金属-二硫族化物半导体中的驻留载流子的谷弛豫中起重要作用。
2021-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant Spin-valley Polarization and Multiple Hall Effect in Functionalized Bi Monolayers
谷电子材料和拓扑绝缘体是近年来引起人们极大兴趣的两种材料。然而，valleytronic和拓扑性质之间的相互作用，在一个单一的系统，可能使重要的未探索的现象和应用，已在很大程度上被忽视到目前为止。本文采用紧束缚模型和第一性原理计算相结合的方法，发现在用卤素元素修饰的Bi单分子膜Bi2XY（X，Y = H，F，Cl，Br，or I）中同时出现了大带隙量子自旋霍尔效应（QSHE）和谷霍尔效应（VHEs）.过渡金属（Cr，Mo，W）掺杂或LaFeO3磁性衬底在Bi2XY单层膜中引入了交错交换场，与Bi原子的强自组织状态一起产生了时间反演的准分子剪切效应和巨大的谷分裂（513 meV）.通过门控，在单个系统中可以观察到QSHE和反常电荷、自旋、谷霍尔效应。这些预测的多重和奇异的霍尔效应，与各种程度的自由电子，可以使功能化的Bi单层在电子学，自旋电子学，和valleytronics的应用。
2018-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate controlled spin-valley locking of resident carriers in WSe2 monolayers
使用时间分辨克尔旋转，我们测量的自旋/谷动力学的居民电子和空穴在单电荷可调单层的原型过渡金属二硫属化物（TMD）半导体WSe 2。在n型制度，我们观察到长（70 ns）的极化弛豫的电子是敏感的面内磁场$B_y$，表明自旋弛豫。与此形成鲜明对比的是，非常长（2微秒）的极化弛豫的孔被发现在p型制度，这是不受$B_y$，直接确认长期以来的预期强自旋谷锁定的单层TMD的价带的空穴。在连续波克尔谱和Hanle测量的支持下，这些研究提供了单层TMD中载流子极化动力学的统一图像，这可以指导未来valleytronic器件的设计原则。
2017-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Control of valley polarization in monolayer MoS2 by optical helicity
电子和自旋电子器件依赖于固体中的自由载流子分别携带电荷和自旋的事实。然而，载流子还有其他性质可以在新的器件系列中加以利用。特别地，如果在动量空间中存在两个或更多个导（或价）带极值，则将载流子限制在这些谷中的一个中允许谷电子器件的可能性。这种谷极化已被证明是通过使用应变和磁场，但这些方法都不允许动态控制。最近，已经提出了对具有破缺的反转对称性的石墨烯中的谷占据的光学控制，但是在实验上仍然难以实现。在这里，我们表明，光泵浦与圆偏振光可以实现完整的动态谷偏振单层二硫化钼，一个二维（2D）的非中心对称晶体的直接能隙在两个谷。此外，这种偏振保持长于1 ns。我们的研究结果表明，在二硫化钼单层的光谷控制和谷为基础的电子和光电应用的可行性。
2012-05-08 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
Spin-valley-coupled quantum spin Hall insulator with topological Rashba-splitting edge states in Janus monolayer $\mathrm{CSb_{1.5}Bi_{1.5}}$
利用拓扑绝缘相实现自旋极化态和谷极化态的结合，对于促进拓扑物理、自旋电子学和谷电子学的奇妙结合具有重要意义。本文在Janus单层$\mathrm{CSb_{1.5}Bi_{1.5}}$中预测了自旋谷耦合量子自旋霍尔绝缘体（svc-QSHI）的动态、机械和热稳定性。不等价的谷具有相反的Berry曲率和自旋矩，这可以产生自旋谷霍尔效应。在布里渊区中心，由于缺少水平镜像对称性，可以观察到Rashba型自旋分裂。此外，单层$\mathrm{CSb_{1.5}Bi_{1.5}}$显示出独特的Rashba分裂边缘状态。在广义梯度近似（GGA）水平下，谷点处的能带隙和自旋分裂都大于室温下的热能（25 meV），这对于室温下的器件应用是非常重要的。证明了自旋谷耦合和非平凡量子自旋霍尔（QSH）态是鲁棒的双轴应变。我们的工作为实现拓扑物理、自旋电子学和谷电子学的集成提供了一个新的平台。
2021-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Weak valley-layer coupling and valley polarization in centrosymmetric $\mathrm{FeCl_2}$ monolayer
本文通过第一性原理计算发现中心对称 $\mathrm{FeCl_2}$ 单层存在弱谷层耦合，可通过磁化和电场方向操控实现谷极化切换，且双层结构无需电场即可自发谷极化，为材料识别与调控提供指导。
2025-05-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonanalyticity, Valley Quantum Phases, and Light-like Exciton Dispersion in Monolayer TMDs: Theory and First-Principles Calculations
激子色散作为质心动量的函数，\textbf{Q}，对于理解激子动力学是必不可少的。用从头计算GW-Bethe Salpeter方程方法计算了单层MoS $_2$中激子的色散，发现了非解析的类光色散.这种行为产生于一个不寻常的$|Q|$长期内和谷间交换的电子-空穴相互作用，这同时产生了一个谷量子相位的缠绕数2。导出了一个简单的有效哈密顿量的$Q^2$阶解析解来定量描述这些行为。
2015-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley-Filling Instability and Critical Magnetic Field for Interaction-Enhanced Zeeman Response in Doped WSe$_2$ Monolayers
载流子掺杂的过渡金属二硫属化物（TMD）单层膜在谷电子学中引起了极大的兴趣，因为这些自旋谷锁定材料中的大塞曼响应（g因子），由多体相互作用引起。我们发展了一种基于多体微扰理论的\textit{ab initio}方法来计算载流子掺杂材料中的相互作用增强g因子。我们发现，掺杂的WSe $_2$单分子膜的g-因子增强屏蔽交换相互作用导致的磁场引起的带占有率的变化。我们的相互作用增强的g因子$g^*$与实验符合得很好。与传统的valleytronic材料（如硅）不同，g因子的增强在标准实验室可实现的临界磁场$B_c$之外消失。我们确定了$g^*$的范围，其中g因子在$B_c$的这种变化导致了填谷不稳定性和朗道能级对准，这对于掺杂TMD中的量子相变的研究是重要的。我们进一步演示了如何调整g因子和优化谷霍尔效应的谷极化。
2021-07-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Tunable Magnetism and Valleys in VSiZ$_3$ monolayers
基于第一性原理计算提出MAZ$_3$单层，以VSiN$_3$为例展示可调磁性和谷，通过载流子掺杂实现Stoner铁磁性和谷分裂，为自旋电子学和谷电子学器件提供新途径。
2023-09-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Emergence of Rashba splitting and spin-valley properties in Janus MoGeSiP2As2 and WGeSiP2As2 monolayers
International Research Centre MagTop, Institute of Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院物理研究所）；Department of Physics and Energy Harvest Storage Center, University of Ulsan（蔚山大学物理与能量收集中心）；College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University（深圳大学物理与光电工程学院）
研究通过原理计算揭示了Janus MoGeSiP2As2和WGeSiP2As2单层中Rashba分裂和谷自旋性质，为自旋电子学和谷电子学提供了新的材料基础。
2022-06-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Chirality of Valley Excitons in Monolayer Transition-Metal Dichalcogenides
通过控制过渡金属二硫属化物中的谷自由度，谷选择性圆二色性已经成为谷电子学中的关键概念。在这篇手稿中，我们表明，谷激子-束缚电子-空穴对形成在任何一个K或K'谷吸收圆偏振光-是手性准粒子的特点是一个有限的轨道角动量（OAM）。基于Bethe-Salpeter方程，我们进一步建立了谷选择性圆二色性和谷激子的从头算多体理论。除了控制与圆偏振光的相互作用之外，OAM赋予激子有限的磁化强度，其通过与外部磁场相互作用时的激子塞曼分裂来表现自身。我们的从头计算和最近的实验测量激子塞曼位移之间的良好协议证实了这一点。
2021-12-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Valley-Polarized Exciton Dynamics in Exfoliated Monolayer WSe$_2$
半导体过渡金属二硫属化物单分子膜已经成为未来基于谷电子学的量子信息技术的有希望的候选者。通过圆偏振光的照射，可以确定性地初始化这些材料中紧密束缚的电子-空穴对的两种不同的动量态。在这里，我们调查的超快动力学这样的谷极化在单层钨二硒化物通过时间分辨克尔反射计。在我们的样品中观察到的克尔信号完全来自电荷中性激子。我们的研究结果支持的快速衰减的明亮激子的谷极化由于辐射复合，导带内自旋翻转跃迁，间隔散射过程，并形成长寿命的谷极化暗态的图片。
2017-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Efficient valley polarization of charged excitons and resident carriers in MoS2 monolayers by optical pumping
我们调查与偏振显微光致发光的光泵浦的谷自由度在电荷可调的二硫化钼单层封装在低温下的六方氮化硼。我们报告了一个大的稳态谷极化的不同激子复合物以下的圆偏振激光激发25毫电子伏以上的中性激子过渡。对于第一次在这种材料中，我们揭示了有效的谷抽运带正电的trions，这是迄今为止难以捉摸的非封装单层由于缺陷和激光诱导的大电子掺杂。我们发现，带负电荷的trions目前的极化70%，这是不寻常的大非共振激发。我们将这种大的谷极化归因于MoS2特殊的能带结构，在单粒子图像中，光学暗激子基态与明亮的导带有序共存，导致负电荷的trions的谷弛豫被抑制。此外，我们表明，圆形激发诱导的动态极化的居民电子和空穴，最近所示的钨基单层。这表现为在圆形和线性激发下不同激子复合物的强度的变化。
2021-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin/Valley pumping of resident electrons in WSe2 and WS2 monolayers
过渡金属二硫属化物的单层是电或光控制自旋和谷自由度的理想材料。然而，光激发主要产生具有固有短寿命和自旋/谷弛豫时间的激子物质。在这里，我们证明了一个非常有效的自旋/谷光泵浦的居民电子在n掺杂的WSe 2和WS 2单层。我们观察到，使用连续波激光和适当的掺杂和激发密度，负三重态双谱线表现出相反的符号的圆偏振和三重态三重态的光致发光强度是四倍以上，与线性激发与圆激发。我们解释我们的结果作为一个大的动态极化的居民电子使用圆形光的结果。
2021-05-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley Carrier Dynamics in Monolayer Molybdenum Disulphide from Helicity Resolved Ultrafast Pump-probe Spectroscopy
利用螺旋度分辨的非简并超快泵浦-探测光谱研究了温度降至78 K时单层MoS 2中高对称性K点附近的谷相关载流子动力学。单层MoS 2显示出显著的瞬态反射信号，与双层和块状MoS 2形成鲜明对比，这是由于在降维时多体效应的增强。螺旋度分辨的超快时间分辨结果表明，谷极化在散射过程使其无法区分之前仅保留了几个ps。我们认为，谷极化的动态退化主要是由于剥离的二硫化钼样品中的缺陷态的激子捕获。我们的实验和紧束缚模型分析还表明，完美的谷CD选择性是相当强大的K点的无序，但迅速衰减的高对称性点的动量空间中的无序的存在。
2013-11-14 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
