电子的谷自由度

电子在晶格周期性势场影响下的运动遵循布洛赫定理.布洛赫电子除了具有电荷和自旋两个内禀自由度外,还有其他内禀自由度.能带色散曲线上的某些极值点作为谷自由度,具有独特的电子结构和运动规律.本文从布洛赫电子的谷自由度出发,简单介绍传统半导体的谷电子性质研究现状,并重点介绍新型二维材料体系,如石墨烯、硅烯、硫族化合物等材料中谷相关的物理特性.有效利用谷自由度的新奇输运特性,将其作为信息的载体可以制作出新颖的纳米光电子器件,并有望造就下一代纳电子器件的新领域,即谷电子学(valleytronics).

谷电子自由度电学调控的首次实现

对电子电荷和自旋自由度的电学调控奠定了微纳电子器件和自旋电子器件的工作基础,然而人们对固体材料中电子谷自由度的有效电学调控还处在研究探索阶段。文章简要介绍作者在单层过渡金属硫族化合物(TMDC)和磁性半导体(Ga,Mn)As构成的pn结中,利用电学自旋注入方法首次成功实现对电子谷自由度进行电学调控的工作。

类石墨烯复杂晶胞光子晶体中的确定性界面态

拓扑绝缘体是当前凝聚态物理领域研究的热点问题.利用石墨烯材料的特殊能带特性来实现拓扑输运特性在设计下一代电子和能谷电子器件方面具有较广泛的应用前景.基于光子与电子的类比,利用光子拓扑材料实现了确定性界面态;构建了具有C_(6v)。对称性的类似石墨烯结构的的光子晶体复杂晶格;通过多种方式降低晶格对称性来获得具有C_(3v),C_3,C_(2v)和C_2对称的晶体,从而打破能谷简并实现全光子带隙结构;将体拓扑性质不同的两种光子晶体摆放在一起,在此具有反转体能带性质的界面上,实现了具有单向传输特性的拓扑确定性界面态的传输.利用光子晶体结构的容易加工性,可以简便地调控拓扑界面态控制光的传播,可为未来光拓扑绝缘体的研究提供良好的平台.

二维过渡金属二硫化物中自旋能谷耦合的谷电子学

电子的电荷自由度与自旋自由度是现代电子器件的基础核心之一。随着二维材料,尤其是二维过渡族硫化物(TMDCs)的研究深入,另一个自由度——能谷——也引起了人们极大的研究兴趣。由于TMDCs中自旋与能谷的强耦合,自旋(能谷)可以通过能谷(自旋)方便地进行调控和探测,为电子自旋和能谷的相关领域提供了新的手段和方法。文章首先对能谷自由度以及TMDCs中自旋与能谷的强耦合进行了介绍,然后介绍基于圆偏振光激发和自旋注入两种方式进行的自旋调控和探测的理论和实验工作,最后对基于能谷的自旋调控进行了总结和展望。