Optically controlled single-valley exciton doublet states with tunable internal spin structures and spin magnetization generation

激子 激发态 物理 自旋电子学 布里渊区 凝聚态物理 简并能级 自旋态 自旋(空气动力学) 自由度(物理和化学) 比克西顿 能级分裂 原子物理学 量子力学 铁磁性 热力学
作者
Jiawei Ruan,Zhenglu Li,Chin Shen Ong,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 (31) 被引量:1
标识
DOI:10.1073/pnas.2307611120
摘要

Manipulating quantum states through light-matter interactions has been actively pursued in two-dimensional materials research. Significant progress has been made toward the optical control of the valley degrees of freedom in semiconducting monolayer transition-metal dichalcogenides, based on doubly degenerate excitons from their two distinct valleys in reciprocal space. Here, we introduce a type of optically controllable doubly degenerate exciton states that come from a single valley, dubbed as single-valley exciton doublet (SVXD) states. They are unique in that their constituent holes originate from the same valence band, making possible the direct optical control of the spin structure of the excited constituent electrons. Combining ab initio GW plus Bethe-Salpeter equation (GW-BSE) calculations and a theoretical analysis method, we demonstrate such SVXD in substrate-supported monolayer bismuthene-which has been successfully grown using molecular beam epitaxy. In each of the two distinct valleys in the Brillouin zone, strong spin-orbit coupling and [Formula: see text] symmetry lead to a pair of degenerate 1s exciton states (the SVXD states) with opposite spin configurations. Any coherent linear combinations of the SVXD in a single valley can be excited by light with a specific polarization, enabling full manipulation of their internal spin configurations. In particular, a controllable net spin magnetization can be generated through light excitation. Our findings open routes to control quantum degrees of freedom, paving the way for applications in spintronics and quantum information science.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
天之骄姿001完成签到,获得积分10
刚刚
桐桐应助沈千越采纳,获得10
1秒前
方百招完成签到,获得积分10
1秒前
仇谷槐完成签到,获得积分10
1秒前
惔惔惔完成签到,获得积分10
1秒前
NexusExplorer应助尺八采纳,获得10
2秒前
Jilo完成签到,获得积分10
2秒前
科研仔完成签到,获得积分10
2秒前
钱都来发布了新的文献求助10
3秒前
Whc完成签到,获得积分10
3秒前
凯蒂发布了新的文献求助10
3秒前
4秒前
佳期如梦完成签到 ,获得积分10
4秒前
4秒前
思源应助阿嘉采纳,获得10
4秒前
4秒前
4秒前
ChanChan完成签到,获得积分10
5秒前
youranzixing完成签到,获得积分0
5秒前
小_n完成签到,获得积分10
5秒前
psj完成签到,获得积分10
6秒前
NINISO完成签到,获得积分20
8秒前
jun完成签到 ,获得积分10
8秒前
李春生发布了新的文献求助10
8秒前
sssssssoda完成签到,获得积分20
8秒前
9秒前
9秒前
大肥子完成签到,获得积分10
9秒前
10秒前
wu完成签到,获得积分10
10秒前
Winter发布了新的文献求助10
10秒前
10秒前
Fan完成签到 ,获得积分0
10秒前
慕青应助曾珍采纳,获得10
11秒前
Serein完成签到,获得积分10
11秒前
王某某完成签到,获得积分10
11秒前
淡定的如风完成签到,获得积分10
11秒前
11秒前
momo完成签到,获得积分10
11秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Handbook of pharmaceutical excipients, Ninth edition 5000
Aerospace Standards Index - 2026 ASIN2026 2000
Digital Twins of Advanced Materials Processing 2000
晋绥日报合订本24册(影印本1986年)【1940年9月–1949年5月】 1000
Social Cognition: Understanding People and Events 1000
Polymorphism and polytypism in crystals 1000
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 纳米技术 有机化学 物理 生物化学 化学工程 计算机科学 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 物理化学 电极 冶金 遗传学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6034938
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 7748528
关于积分的说明 16208158
捐赠科研通 5181402
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2773004
邀请新用户注册赠送积分活动 1756167
关于科研通互助平台的介绍 1641032