磁性范德华异质结构中的自旋光伏效应

在现在发表在Science Advances上的一份新报告中，Tiancheng Song 和华盛顿大学物理系以及和中国的材料和纳米结构的研究小组详细介绍了范德华 (vdW) 异质结构中的自旋光伏效应。二维 (2D) 磁性三碘化铬(CrI 3 ) 夹在石墨烯触点之间。范德华晶体及其异质结构的概念在材料科学、应用物理学和光电子学中很受关注，以探索二维 (2D) 极限内的光电特性。可以集成 2D 磁体以实现具有受控自旋自由度的 2D 自旋光电子学。CrI 的光电流3显示出对光螺旋度的明显依赖性，Song 等人。通过改变磁态和光子能量进行调谐。该研究强调了通过设计磁性 vdW 异质结构来研究光自旋电子学新兴现象的潜力。

自旋光伏效应

自旋电子学旨在调节电子系统中的自旋自由度，以促进新功能。自旋的产生和控制可以为自旋电子学开辟新的机遇，探索新的自旋光伏效应和自旋光电流。自旋光伏效应可以在各种异质结构中使用不同的机制来实现，其中过渡金属二硫属化物等二维材料是自旋光电子学的有前途的系统。二维范德华磁体的发现为科学家提供了一个新的平台来研究基于具有固有磁序的原子级薄材料的自旋光伏效应. 其中，三碘化铬因其层状反铁磁性(AFM)而受到关注，其中自旋配置可以通过周围磁场进行调节。该场可以通过一系列翻转跃迁在 AFM 基态和完全自旋极化状态之间切换样品。该设置提供了一个理想的平台来突出原子薄极限处的自旋光电效应。

CrI 3结器件的光电流响应及其对磁序的依赖性

研究人员开发了一种垂直异质结构来研究CrI 3的光电流响应并实现有效的光电检测。异质结构包含一个原子级薄的 CrI 3薄片，夹在两个石墨烯片之间作为偏置电极，由薄六方氮化硼封装以防止降解。使用光电流显微镜，Song 等人。进一步研究了光电流的空间分布，并使用反射磁性圆二色性来绘制三层 CrI 3薄片，其中光电流响应显示出对磁序的强烈依赖性。该团队将低和高光电流平台分配给反铁磁性基态和完全自旋极化状态。相比之下，中间磁态导致较低的光电流。光激发在导带中产生光激发载流子，其中顶部和底部石墨烯电极的不对称提取导致测量的光电流。与巨磁阻和隧道磁阻器件相比，这里介绍的自旋光电器件提供了一种新颖的光磁电流效应。由此产生的巨大且可调谐的光磁电流可用于光驱动磁传感和数据存储设备。

光电流对光螺旋度和其他效应的依赖性

宋等人。使用具有 1.96 eV 激发的三层 CrI 3器件显示了光电流对光螺旋度的依赖性。由此产生的独特的自旋光伏效应源于 CrI 3中电荷转移激子的螺旋度依赖性与底层磁序耦合。该器件的螺旋依赖性吸收揭示了自旋极化价带和导带之间电荷转移跃迁的光学选择规则，以形成由此产生的速度依赖性自旋光伏效应。进一步的观察也证实了潜在的磁序是电荷转移激子螺旋度依赖性的起源。

外表

这样，宋天成等人。研究了原子级薄 CrI 3范德华异质结构中的自旋光伏效应。光电流显示出对 CrI 3 中自旋构型的明显响应以及巨大的光磁电流效应。结合螺旋度相关的光电流和圆极化分辨吸收测量揭示了自旋光电流和潜在激子之间的相互作用，以及磁序、光子能量和螺旋度的贡献。此处开发的 2D 光伏器件使用少数层 CrI 3 中的固有磁序作为概念验证。由此产生的原子级薄 CrI 3形成了一个原型 2D 磁体来研究垂直结器件中产生的光电流。该设备可以与替代的 2D 磁体配合使用，以用于磁传感和数据存储方面的潜在应用。磁序耦合电荷转移激子态的潜在动力学可以产生光电流来探测 CrI 3 中的磁序，并对光子能量和螺旋度显示出不同的响应。结果突出了光电流作为探测磁序、电荷转移激子态和磁激子-光子耦合的新方法的应用。该方法可用于研究其他二维磁系统，包括锯齿形反铁磁有序耦合激子的动力学和电荷转移过程在石墨烯界面。