Realization of Valley and Spin Pumps by Scattering at Nonmagnetic Disorders

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作者
Xing‐Tao An,Jiang Xiao,Matisse Wei-Yuan Tu,Hongyi Yu,Vladimir I. Fal’ko,Wang Yao
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:118 (9) 被引量:30
标识
DOI:10.1103/physrevlett.118.096602
摘要

In solid, the crystalline structure can endow electron an internal degree of freedom known as valley, which characterizes the degenerate energy minima in momentum space. The recent success in optical pumping of valley polarization in 2D transition metal dichalcogenides (TMDs) has greatly promoted the concept of valley-based informatics and electronics. However, between the demonstrated valley polarization of transient electron-hole pair excitations and practical valleytronic operations, there exist obvious gaps to fill, among which is the valley pump of long-lived charge carriers. Here we discover that the quested valley pump of electrons or holes can be realized simply by scattering at the ubiquitous nonmagnetic disorders, not relying on any specific material property. The mechanism is rooted in the nature of valley as a momentum space index: the intervalley backscattering in general has valley contrasted rate due to the distinct momentum transfers, causing a net transfer of population from one valley to another. As examples, we numerically demonstrate the sizable valley pump effects driven by charge current in nanoribbons of monolayer TMDs, where the spin-orbit scattering by non-magnetic disorders also realizes spin pump for the spin-valley locked holes. Our finding points to an unexpected new opportunity towards valley-spintronics, turning disorders from a deleterious factor to a resource of valley and spin polarization.
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