Spin photovoltaic effect in magnetic van der Waals heterostructures

凝聚态物理 光电流 异质结 磁场 范德瓦尔斯力 自旋极化 自旋工程 激子 材料科学 物理 磁性 自旋(空气动力学) 光电子学 量子力学 热力学 分子 电子
作者
Tiancheng Song,Eric Anderson,Matisse Wei-Yuan Tu,Kyle L. Seyler,Takashi Taniguchi,Kenji Watanabe,Michael A. McGuire,Xiaosong Li,Ting Cao,Di Xiao,Wang Yao,Xiaodong Xu
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:7 (36) 被引量:36
标识
DOI:10.1126/sciadv.abg8094
摘要

The development of van der Waals (vdW) crystals and their heterostructures has created a fascinating platform for exploring optoelectronic properties in the two-dimensional (2D) limit. With the recent discovery of 2D magnets, the control of the spin degree of freedom can be integrated to realize 2D spin-optoelectronics. Here, we report spin photovoltaic effects in vdW heterostructures of 2D magnet chromium triiodide (CrI3) sandwiched by graphene contacts. The photocurrent displays a distinct dependence on light helicity, which can be tuned by varying the magnetic states and photon energy. Circular polarization–resolved absorption measurements reveal that these observations originate from magnetic order–coupled and, thus, helicity-dependent charge-transfer excitons. The photocurrent displays multiple plateaus as the magnetic field is swept, associated with different CrI3 spin configurations. Giant photo-magnetocurrent is observed, which tends to infinity for a small applied bias. Our results pave the way to explore emergent photospintronics by engineering magnetic vdW heterostructures.
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