Light-induced shift current vortex crystals in moiré heterobilayers

超晶格 云纹 圆极化 旋涡 涡流 凝聚态物理 磁场 极化(电化学) 激光器 光学 电流(流体) 物理 光强度 光电子学 材料科学 化学 物理化学 热力学 量子力学
作者
Chen Hu,Mit H. Naik,Yang‐Hao Chan,Jiawei Ruan,Steven G. Louie
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:120 (51)
标识
DOI:10.1073/pnas.2314775120
摘要

Transition metal dichalcogenide (TMD) moiré superlattices provide an emerging platform to explore various light-induced phenomena. Recently, the discoveries of novel moiré excitons have attracted great interest. The nonlinear optical responses of these systems are however still underexplored. Here, we report investigation of light-induced shift currents (a second-order response generating DC current from optical illumination) in the WSe2/WS2 moiré superlattice. We identify a striking phenomenon of the formation of shift current vortex crystals-i.e., two-dimensional periodic arrays of moiré-scale current vortices and associated magnetic fields with remarkable intensity under laboratory laser setup. Furthermore, we demonstrate high optical tunability of these current vortices-their location, shape, chirality, and magnitude can be tuned by the frequency, polarization, and intensity of the incident light. Electron-hole interactions (excitonic effects) are found to play a crucial role in the generation and nature of the shift current intensity and distribution. Our findings provide a promising all-optical control route to manipulate nanoscale shift current density distributions and magnetic field patterns, as well as shed light on nonlinear optical responses in moiré quantum matter and their possible applications.
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