Pure spin photocurrent in non-centrosymmetric crystals: bulk spin photovoltaic effect.
Pure spin photocurrent in non-centrosymmetric crystals: bulk spin photovoltaic effect.
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DOI：
10.1038/s41467-021-24541-7
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发表时间：
2021-07-15
影响因子：
16.6
通讯作者：
Li J
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Xu H;Wang H;Zhou J;Li J
自旋电流发生器是自旋电子学信息处理的关键部件。在这项工作中，我们从理论上和计算上研究了体自旋光伏（BSPV）效应在光照下产生直流自旋电流。BSPV的唯一要求是反转对称破缺，因此它适用于广泛的材料，并且可以很容易地与现有的半导体技术集成。BSPV效应是体光伏（BPV）效应的表亲，由此在光下产生DC充电电流。由于自旋电流和电荷电流的选择规则不同，如果系统具有镜像对称性或反镜像对称性，则可以实现纯自旋电流。对BSPV的机理和电子弛豫时间的作用也作了阐述。我们将我们的理论应用到几种不同的材料，包括单层过渡金属二硫属化物，反铁磁双层MnBi2Te4，和拓扑晶体绝缘体立方SnTe的表面。光提供了一种快速和非侵入性的方式来在材料中产生自旋电流，然而，这通常需要特殊的成分，如磁性材料或圆偏振光。在这项理论工作中，作者展示了非线性光学效应如何产生自旋电流，唯一的要求是破坏反转对称性。
Spin current generators are critical components for spintronics-based information processing. In this work, we theoretically and computationally investigate the bulk spin photovoltaic (BSPV) effect for creating DC spin current under light illumination. The only requirement for BSPV is inversion symmetry breaking, thus it applies to a broad range of materials and can be readily integrated with existing semiconductor technologies. The BSPV effect is a cousin of the bulk photovoltaic (BPV) effect, whereby a DC charge current is generated under light. Thanks to the different selection rules on spin and charge currents, a pure spin current can be realized if the system possesses mirror symmetry or inversion-mirror symmetry. The mechanism of BSPV and the role of the electronic relaxation time are also elucidated. We apply our theory to several distinct materials, including monolayer transition metal dichalcogenides, anti-ferromagnetic bilayer MnBi2Te4, and the surface of topological crystalline insulator cubic SnTe. Light offers a fast and non-invasive way to generate spin-currents in materials, however, this typically requires special ingredients such as magnetic materials, or circularly polarised light. In this theory work, the authors show how the nonlinear optical effect can generate a spin current, with the only requirement being broken inversion symmetry.
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影响因子：
16.6
作者：
Bawden L;Cooil SP;Mazzola F;Riley JM;Collins-McIntyre LJ;Sunko V;Hunvik KW;Leandersson M;Polley CM;Balasubramanian T;Kim TK;Hoesch M;Wells JW;Balakrishnan G;Bahramy MS;King PD
通讯作者：
King PD
影响因子：
44.1
作者：
Bansil, A.;Lin, Hsin;Das, Tanmoy
通讯作者：
Das, Tanmoy
影响因子：
44.1
作者：
Fert, Albert
通讯作者：
Fert, Albert
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作者：
Bernevig, BA;Zhang, SC
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Zhang, SC
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作者：
Gradhand, Martin;Fedorov, Dmitry V.;Mertig, Ingrid
通讯作者：
Mertig, Ingrid