来源 APS Physics
撰文 Michael Schirber
翻译 肖坤
审校 卓思琪
导语：某些材料内的层结构中携带着自旋极化电子，但若定位不够精确，这些“隐藏”的自旋就无法被测量。最近的一项研究中，研究人员借助光电子能谱，在类石墨烯结构的二硫化钼（MoS2）中探测到了隐藏的自旋极化。这项工作的独特之处在于能够使用圆偏振光来“标示”特定的自旋极化电子。
近日，科学家通过光电子能谱探测到“隐藏”在一种类石墨烯层状材料中的两种不同的自旋极化电子。
图片来源：Elia Razzoli / 弗里堡大学
自旋极化指的是电子、原子核等带电粒子的自旋都朝某一个特定的方向排列。我们能够利用自旋极化进行信息编码。传统上，自旋极化是通过磁场产生的。而如今，研究人员正在积极主动地探索非磁场的方式，以便更快、更多样地处理自旋信息。本研究探索了 MoS2 等过渡金属二硫化物（transition-metal dichalcogenide, TMDC）中的自旋极化。这些非磁性材料的层结构表现出某种晶体不对称性，并由此产生自旋极化。但是由于相邻层的极化方向相反导致材料的净极化为零，这种“隐藏”的极化就很难被探测。
此前的研究在二硒化钨（TMDC 材料的一种）材料的表面层观察到了隐藏的自旋极化，该层的极化指向“上”方（即由表面指向外侧）。如今，瑞士弗里堡大学的 Elia Razzoli 及其同事展示了一种探测更深层中的自旋极化的方法。在他们的 MoS2 自旋-角分辨光电子能谱实验中，能量约 50eV 的圆偏振光子入射到材料中激发电子。被激发电子的自旋方向就取决于入射光的偏振状态。实验的观察结果与该团队的计算结果一致：在 MoS2 的不同层中，左旋（右旋）光优先激发自旋向“上”（自旋向“下”）的电子。在此基础上，人们将来或许可以设计出某种装置，利用偏振光选择或操纵块体材料中的不同自旋。
原文链接 http://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.118.086402
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论文信息
【题目】 Selective Probing of Hidden Spin-Polarized States in Inversion-Symmetric Bulk MoS2
【作者】 E. Razzoli et al.
【刊期】 Phys. Rev. Lett. 118, 086402
【日期】 Published February 22, 2017
【doi】 doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.086402
【摘要】 Spin- and angle-resolved photoemission spectroscopy is used to reveal that a large spin polarization is observable in the bulk centrosymmetric transition metal dichalcogenide MoS2. It is found that the measured spin polarization can be reversed by changing the handedness of incident circularly polarized light. Calculations based on a three-step model of photoemission show that the valley and layer-locked spin-polarized electronic states can be selectively addressed by circularly polarized light, therefore providing a novel route to probe these hidden spin-polarized states in inversion-symmetric systems as predicted by Zhang et al. [Nat. Phys. 10, 387 (2014).].
【链接】http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.118.086402
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