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研究快讯 | 利用超快激光在单层MoS2中产生可由声子调控的磁性
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EXPRESS LETTER
Light-Induced Phonon-Mediated Magnetization in Monolayer MoS2
Shengjie Zhang (张圣杰), Yufei Pei (裴昱非), Shiqi Hu (胡史奇), Na Wu (武娜), Da-Qiang Chen (陈大强), Chao Lian (廉超), and Sheng Meng (孟胜)
Chin. Phys. Lett. 2023 40 (7): 077502
DOI: 10.1088/0256-307X/40/7/077502
文章亮点
首次基于含时密度泛函理论（TDDFT）指出可以利用超快激光和声子的协同作用在单层二硫化钼（MoS2）中高效地产生磁性，为在飞秒量级时间尺度内有效操控物质的自旋提供新手段。
左图：自旋动力学的示意图。+K谷中的电子在圆偏光的照射下被激发到导带上，激发电子在手性声子的作用下借助自旋轨道耦合（SOC）跃迁到自旋相反的导带上，实现自旋翻转。右图：对应不同的声子振幅，MoS2中磁矩随时间的演化。当声子振幅达到0.1 Å，可以得到最大为0.86μB per formula unit (f.u.)的磁矩。所有计算使用的外场强度均为0.015 V/Å。
利用超快激光在单层MoS2中产生可由声子调控的磁性
研究背景
无论在基础物理学领域还是工业应用中，如何快速操控磁性都是一个极具吸引力的课题。传统方法是利用静磁场来操控物质的磁性，其时间尺度可以达到10 ps。如果想要在更短的时间尺度内操控磁性就要超越传统的操控手段。随着激光脉冲技术的快速发展，超快激光脉冲已成为调控材料性质而不损伤材料的有效工具。自1996年首次观察到超快退磁现象以来，利用激光在亚皮秒时间尺度上对磁性进行调控已经成为一个非常活跃的领域。超快激光调控手段在超快退磁、磁性翻转和磁相变等方面取得了很多进展，但是如何用超快激光产生磁性仍然是一个具有挑战性的问题。
内容简介
最近，中国科学院物理研究所孟胜研究员课题组基于含时密度泛函理论，提出可以利用超快激光和声子的共同作用在非磁性的单层MoS2中高效地产生磁性。计算表明利用超快激光可以在50 fs内得到最大值为0.09μB/f.u.的磁矩。在引入特定的手性声子后，磁矩可以被有效地增大到0.86μB/f.u.。进一步分析表明，手性声子为自旋提供了一个有效磁场，强度约为380 Tesla，远大于利用超导线圈产生的静态磁场，极大地促进了磁矩的产生。
研究意义和重要性
该工作提出了利用激光和声子共同调控物质磁性的新方法，为超快磁性产生和下一代磁存储器件的研发开辟了新道路。
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