电子同时具有电荷与自旋两种本征属性。在过去数十年里，以电荷为基础的微电子工业得到了蓬勃的发展，电子器件已经成为当今社会不可或缺的重要组成部分。然而，随着单个器件尺寸的日渐缩小及芯片集成度的不断增加，随之而来的量子效应及热耗散成为制约芯片性能提升的瓶颈和巨大的挑战。此时，人们惊讶地意识到几乎所有的电子产品都仅利用了电子的电荷属性、电子的自旋属性，却很少得到应用。因此，人们希望利用电子的自旋属性取代或者结合传统电子学器件中的电荷属性来传递信息和逻辑计算，由此将可能成为后摩尔时代信息传输、处理的重要方式之一。那么，如何操控自旋呢？近日，电子科技大学国家电磁辐射控制材料工程技术研究中心的彭波教授（点击查看介绍）研究团队设计了MoS2/YIG异质结，实现了对界面电子自旋的调控。
近年来，以MoS2为代表的二维过渡金属硫族化合物材料呈现出强自旋轨道耦合的特性，具有长自旋弛豫寿命和长自旋扩散距离，为探索新型自旋电子学器件提供了新的契机。同时，其在结构上存在空间反演对称性的破缺。自旋轨道耦合与反演对称性破缺的相互作用共同导致新型谷电子学，从而表现出完美的选择性光吸收和荧光特性：该类材料在+K谷只吸收右旋光，产生自旋向上的电子和右旋荧光；在-K谷则只吸收左旋光，产生自旋向下的电子和左旋荧光。因此，通过光、电、磁操控谷极化、谷劈裂就成为谷/自旋电子学领域内的核心科学问题，对未来谷/自旋电子学器件的应用具有极其重要的影响。
利用界面磁交换场效应及界面自旋轨道耦合操控电子自旋和动量具有重要的科学研究意义，将为操控谷电子自旋状态开辟全新的领域。电子科技大学的彭波教授研究团队结合单层二维材料MoS2与磁性氧化物材料YIG，设计了MoS2/YIG二维材料异质结，系统研究了MoS2谷极化的物理机制、界面磁交换场和磁阻效应。他们在单层MoS2中发现了磁阻现象，磁阻比高达~30%，将单层二维材料的磁阻比提高了1个数量级，铁磁共振表征（FMR）揭示了MoS2和YIG中的电子自旋相互耦合产生了自旋力矩，导致该磁阻现象；在单层MoS2中实现了对准粒子（Trion）自旋状态的调控，谷极化率高达80%；提出及系统研究了电子-空穴交换作用和声子散射协同作用，实验上证实了该协同作用是决定谷电子自旋状态的主要物理机制。该研究成果在自旋电子学器件、自旋波器件、磁光存储器件等领域具有广阔的应用前景。
这一成果近期发表在ACS Nano 上，文章的第一作者与通讯作者是电子科技大学的彭波教授。该研究工作得到国家电磁辐射控制材料工程技术的大力支持。目前，国家工程中心在邓龙江主任的领导下，成立了以“光控材料与器件”为研究方向的团队，重点研究光与材料的强相互作用，突破材料损耗大、调控范围窄的难题，开展了磁性二维材料异质结、智能超表面、磁光隔离器、超快超灵敏光电探测器等方面的研究工作，实现了在自由空间和片上集成器件中对光的操控及探测，研发片上集成激光相控阵雷达、自旋电子学器件。
该论文作者为：Bo Peng, Qi Li, Xiao Liang, Peng Song, Jian Li, Keliang He, Deyi Fu, Yue Li, Chao Shen, Hailong Wang, Chuangtang Wang, Tao Liu, Li Zhang, Haipeng Lu, Xin Wang, Jianhua Zhao, Jianliang Xie, Mingzhong Wu, Lei Bi, Longjiang Deng and Kian Ping Loh
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Valley Polarization of Trions and Magnetoresistance in Heterostructures of MoS2 and Yttrium Iron Garnet
ACS Nano, 2017, 11, 12257, DOI: 10.1021/acsnano.7b05743
彭波教授简介
彭波，教授、博士生导师，2005年于兰州大学化学与化工学院取得学士学位；2010年于中国科学院理化技术研究所（北京）取得博士学位；2010年6月至2015年5月在新加坡南洋理工大学、新加坡国立大学从事界面激子动力学行为的研究工作；2015年6月起就职于电子科技大学电子科学与工程学院、国家电磁辐射控制材料工程技术研究中心。
彭波的研究领域包括：（1）磁性二维材料异质结界面电子自旋调控及输运特性的研究；（2）面向激光相控阵雷达系统的智能超表面。目前，该研究团队基于显微拉曼/荧光/光电流扫描成像系统、7T显微超导磁体系统和显微液氦闭循环低温电学测量系统，搭建了一套低温高磁场微区磁/光/电扫描成像系统；可同时在光、电、磁的作用下，研究材料的荧光、拉曼、磁光克尔效应、反常霍尔效应、谷自旋霍尔效应、磁阻效应，并在二维空间进行扫描成像，空间分辨率优于500 nm。欢迎各位有光学、物理背景的同学加入我们团队，现研究团队招收博士后和博士生。
http://www.x-mol.com/university/faculty/49563