Electric field controlled valley-polarized photocurrent switch based on the circular bulk photovoltaic effect

光电流 光伏系统 电场 光电子学 材料科学 圆极化 领域(数学) 电气工程 工程物理 光学 物理 工程类 数学 量子力学 纯数学 微带线
作者
Yoojung Yang,Xiaoyu Cheng,Xiao Liu,Suotang Jia,Jun Chen,Lei Zhang,Jian Wang
出处
期刊:Physical review 卷期号:109 (23)
标识
DOI:10.1103/physrevb.109.235403
摘要

Efficient electric manipulation of valley degrees of freedom is critical and challenging for the advancement of valley-based information science and technology. We put forth an electrical scheme, based on a two-band Dirac model, that can switch the fully valley-polarized photocurrent between $K$ and ${K}^{\ensuremath{'}}$ valleys using the circular bulk electro-photovoltaic effect. This is accomplished by applying an out-of-plane electric field to the two-dimensional valley materials, which enables continuous tuning of the Berry curvature and its sign flip. We found that the switch of the fully valley-polarized photocurrent is directly tied to the sign change of Berry curvature, which accompanies a topological phase transition, for instance, the quantum spin Hall effect and the quantum valley Hall effect. This scheme has been confirmed in monolayer ${\mathrm{BiAsI}}_{2}$ and germanene through first-principles calculations. Our paper offers a promising strategy for the development of a volatile valley-addressable memory device and could inspire further research in this area.
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