Valley-Layer Coupling: A New Design Principle for Valleytronics

Valleytronics公司 电场 极化(电化学) 物理 激子 联轴节(管道) 光电子学 光学 材料科学 凝聚态物理 铁磁性 量子力学 化学 物理化学 冶金 自旋电子学
作者
Zhi‐Ming Yu,Shan Guan,Xian‐Lei Sheng,Weibo Gao,Shengyuan A. Yang
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:124 (3) 被引量:92
标识
DOI:10.1103/physrevlett.124.037701
摘要

The current valleytronics research is based on the paradigm of time-reversal-connected valleys in two-dimensional (2D) hexagonal materials, which forbids the fully electric generation of valley polarization by a gate field. Here, we go beyond the existing paradigm to explore 2D systems with a novel valley-layer coupling (VLC) mechanism, where the electronic states in the emergent valleys have a valley-contrasted layer polarization. The VLC enables a direct coupling between a valley and a gate electric field. We analyze the symmetry requirements for a system to host VLC, demonstrate our idea via first-principles calculations and model analysis of a concrete 2D material example, and show that an electric, continuous, wide-range, and switchable control of valley polarization can be achieved by VLC. Furthermore, we find that systems with VLC can exhibit other interesting physics, such as valley-contrasting linear dichroism and optical selection of the valley and the electric polarization of interlayer excitons. Our finding opens a new direction for valleytronics and 2D materials research.
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