新加坡国立大学 该图显示了2D过渡金属二氯化物的晶体结构(底部)，其中不等价的谷(钾和钾’)代表材料中不同的电子动量(顶部)
在磁场存在的情况下(用B表示)，电子态的能量在各自的波谷被塞曼效应转移，并且这些态重组以在每个波谷中形成量化的朗道能级
每个谷(橙色和绿色)的电子态与一个方向的圆偏振光耦合
信用:魁克·苏樱 新加坡国立大学的研究人员开发了一种无参数方法来定量预测二维(二维)瓦列电子材料对外部磁场的响应
这些预测很重要，因为它们提供了对多体效应的洞察，这些材料的迷人特性使磁场能够增加一个谷(位“1”)相对于另一个谷(位“0”)的稳定性
继其前身“电子学”和“自旋电子学”之后，Valleytronics现在正被积极地认为是信息处理的另一个新范例
“Valleytronics涉及操纵电子的动量，这取决于电子属于两个不等价的谷(见图)
缺乏反转对称性的2-D过渡金属二元化合物(TMDs)对于valleytronics特别有希望，因为自旋和谷自由度是不可分割地联系在一起的
这意味着外部磁场可以作为旋钮来调节一个波谷相对于另一个波谷的稳定性，以区分比特
此外，可以使用光学测量来读取比特
这是因为顺时针方向圆偏振的光只能从这些波谷之一被吸收和发射，而逆时针方向圆偏振的光则相反
这些耐人寻味的特性结合在一起，导致了许多测量经颅磁刺激对外部磁场响应的实验性努力
量子力学说，当外部磁场施加到周期性晶体上时，原始电子态重新组织形成量化能级，称为朗道能级，这产生了量子霍尔效应，霍尔电导呈现量化值
同时，能级也随着外加磁场强度线性移动，这就是所谓的塞曼效应
在这项工作中，来自新加坡国立大学物理系的奎克·苏樱教授和她的博士后研究人员
玄风源，建立在著名物理学家J
M
Luttinger，导出弱外磁场下二维TMD能级的表达式
与以前的研究相反，得到的表达式在同等基础上捕获了朗道能级和塞曼效应，并使用了完全通用的哈密顿量，得到的能级与光学测量预测的朗道能级在定量上非常一致
量子力学计算首次表明，非局域多体效应对于解释实验观察到的扭曲双层量子点中层间激子能量的塞马效应是重要的
研究人员还预测，每个朗道能级都与一个独特的电子自旋和谷指数相关联，这清楚地表明了这些二维材料在valleytronic应用中的潜力
奎克教授说:“这一进展对于更清晰地理解磁场对二维战区导弹防御系统的影响是非常必要的一步
这对于2-D TMDs及其异质结构的valleytronics应用中两个逻辑位的相对稳定性的合理设计和控制是至关重要的
为了更全面地了解这些有趣的二维材料中电子与磁场的复杂相互作用，仍有许多工作要做
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