Raman光谱、AFM等多种手段揭示多层2H-MoTe2中的空间分布光电流机制！

Raman光谱、AFM等多种手段揭示多层2H-MoTe2中的空间分布光电流机制！

华中科技大学研究团队通过Raman光谱、AFM等多种手段揭示了多层2H-MoTe2中的空间分布光电流机制，实现了自旋极化的圆形光电流，为自旋电子学应用提供新思路。

研究背景

过渡金属二硫族化合物（TMDCs）是一类具有层状结构的二维材料，因其在光电子学、自旋电子学和能源存储等领域的应用潜力而受到广泛关注。特别是2H相TMDCs因其优异的电子性能和较好的稳定性，在自旋电子器件、光电器件以及量子计算等领域展现出巨大的应用前景。与传统的半导体材料相比，2H相TMDCs具有更强的光吸收能力、较高的载流子迁移率以及调控方便的电子自旋属性等优点。

然而，尽管这些材料在电子和光电性能方面具有优势，传统的中心对称TMDCs在自旋极化和自旋电流转换方面存在一定的瓶颈，主要由于它们的空间反演对称性并不容易打破，这限制了其在自旋电子学中的应用。

为了解决这些问题，华中科技大学Butian Zhang教授团队、王顺副教授联合提出了一种新的方法，通过采用空间变化的圆偏振光束打破TMDCs的全球反演对称性，而不需要破坏材料的结构反演对称性。该团队在中心对称的多层2H相MoTe2中实现了自旋极化的圆形光电流（CPC），并通过逆自旋霍尔效应（ISHE）成功将光诱导的自旋梯度转化为电流。这一发现显著提高了TMDCs在自旋电子器件中的应用潜力，尤其是在不依赖外加电场或复杂结构破缺的情况下，能够有效地调控自旋极化。

利用这一新机制，研究人员显著提高了2H-MoTe2的自旋极化性能，并成功获取了光电流的螺旋依赖性。通过调节电极配置和照射位置，团队进一步验证了环形电流的产生机制，从而揭示了光致自旋极化的空间分布特征。这一成果不仅为TMDCs材料在自旋电子学领域的应用提供了新的思路，而且为自旋极化材料的设计与优化提供了有价值的参考。

表征解读

本文通过实验室配备的Raman光谱仪和UV-Vis-NIR光谱仪等表征手段，发现了多层2H-MoTe2中空间分布的圆极化光电流（CPC），从而揭示了该材料在谷电子学中的潜在应用。利用Raman光谱分析，研究团队能够精确测定MoTe2的晶体结构和相变特征，确认了A激子在K和K′谷的存在，这为理解光电流的源头提供了重要依据。此外，UV-Vis-NIR光谱的吸收数据进一步证明了材料在1100 nm处的强吸收特性，暗示了激子在光电流产生中的关键作用。

针对观察到的CPC现象，本文通过多种微观机理表征手段，深入探讨了其成因。利用原子力显微镜（AFM），团队成功测量了不同层数的MoTe2的厚度，这对理解其光学和电学性能至关重要。AFM结果与光电流测量相结合，使得研究者能够确认不同厚度对光电流响应的影响，揭示了材料的非线性光学特性与自旋极化的内在关系。

在此基础上，研究团队通过光电流图像的扫描和电流-电压（I-V）特性曲线的分析，得到了CPC在不同激光偏振状态下的响应特征，进而挖掘了自旋光电流与隐藏自旋极化及逆自旋霍尔效应（ISHE）之间的深层次联系。这些表征手段的结合，不仅让研究者对CPC现象有了更深入的理解，也为谷电子学和自旋电子学的进一步研究提供了新的视角。

总之，经过Raman光谱、UV-Vis-NIR光谱、AFM和电流-电压特性等多种表征手段，深入分析了多层2H-MoTe2中的空间分布光电流机制，进而制备出自旋极化光电流的新材料。这一研究结果推动了在自旋电子学和谷电子学领域的进步，为开发新型器件和材料提供了理论基础和实验依据。研究表明，通过合理设计光源的分布和材料的结构，可以实现对光电流特性的新调控，这为未来光电器件的高效性和可调性开辟了新的方向。

多层2H-MoTe2中自旋极化CPC的提议机制

原文详情：Wang, K., Zhang, B., Yan, C. et al. Circular photocurrents in centrosymmetric semiconductors with hidden spin polarization. Nat Commun 15, 9036 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53425-9