論文の概要: Optically controlled single-valley exciton doublet states with tunable
internal spin structures and spin magnetization generation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.03334v2
- Date: Sat, 14 Oct 2023 22:30:44 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-10-18 06:38:07.922410
- Title: Optically controlled single-valley exciton doublet states with tunable
internal spin structures and spin magnetization generation
- Title（参考訳）: 調整可能な内部スピン構造とスピン磁化生成を有する光制御単一バレー励起子ダブルト状態
- Authors: Jiawei Ruan, Zhenglu Li, Chin Shen Ong, Steven G. Louie
- Abstract要約: 我々は、単一の谷から来る新しい種類の光制御可能な2重縮退エキシトン状態を導入する。
我々の発見は、量子自由度を制御する新しい経路を開き、スピントロニクスと量子情報科学の応用の道を開いた。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: Manipulating quantum states through light-matter interactions has been
actively pursued in two-dimensional (2D) materials research. Significant
progress has been made towards the optical control of the valley degrees of
freedom in semiconducting monolayer transition-metal dichalcogenides (TMD),
based on doubly degenerate excitons from their two distinct valleys in
reciprocal space. Here, we introduce a novel kind 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 newly developed theoretical analysis method, we demonstrate
such novel 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 $C_{3v}$ 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 new routes to control quantum degrees of freedom, paving the
way for applications in spintronics and quantum information science.
- Abstract（参考訳）: 光間相互作用による量子状態の操作は二次元(2次元)材料研究において活発に研究されている。
相互空間における2つの異なる谷から2重縮退した励起子に基づく半導単層遷移金属ジアルコゲナイド(TMD)のバレー自由度を光学的に制御するための重要な進展が見られた。
ここでは,単一谷からの2重縮退励起子状態としてsvxd(single-valley exciton doublet)状態を導入する。
それらの構成孔は、同じ原子価帯に由来するため、励起構成電子のスピン構造の直接光学的制御が可能となる。
ab initio GW と Bethe-Salpeter 方程式 (GW-BSE) の計算と、新たに開発された理論解析法を組み合わせることで、分子線エピタキシー法を用いて成長した基板担持単層ビスムテン中の新たなSVXDを実証する。
ブリルアンゾーンの2つの異なる谷のそれぞれにおいて、強いスピン軌道結合と$C_{3v}$対称性は、反対のスピン配置を持つ退化1s励起子状態(SVXD状態)のペアにつながる。
単一の谷におけるSVXDのコヒーレントな線形結合は、特定の偏光を持つ光によって励起され、内部のスピン配置を完全に操作することができる。
特に、光励起により制御可能なネットスピン磁化を生成することができる。
我々の発見は、量子自由度を制御する新しい経路を開き、スピントロニクスと量子情報科学の応用の道を開いた。
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