第 V 族单原子层体系中光生伏打效应诱导的电荷与自旋光电流

光生伏打效应（PGE）出现在具有非中心对称结构的材料中，当其为线偏振或圆偏振光照射时。此处，我们使用非平衡格林函数结合密度泛函理论（NEGF-DFT），通过第一性原理计算研究了第 V 族元素（As、Sb 和 Bi）单原子层中的线性光生伏打效应（LPGE）。首先，通过设计基于第 V 族元素的双探针结构，我们发现 As 在扶手椅方向与锯齿方向间存在巨大的各向异性光响应。接着，我们考虑自旋轨道耦合（SOC）效应，分析了 Sb 和 Bi 的电荷与自旋光电流特性。研究发现，当线偏振光的偏振方向平行或垂直于输运方向（$\theta$ = $0^\circ$ 或 $90^\circ$）时，扶手椅方向上的自旋向上与自旋向下光响应具有相同的幅值和方向，导致净电荷电流的产生。然而，在锯齿方向上，自旋向上与自旋向下光响应幅值相同而方向相反，导致纯自旋电流的产生。此外，从对称性角度分析体自旋光伏（BSPV）系数可理解该现象。最后，我们发现扶手椅方向产生的净电荷电流和锯齿方向产生的纯自旋电流可随材料 buckling 高度 $|h|$ 的增加而进一步调控。我们的结果表明，这些第 V 族单原子层是新型功能材料的理想候选，凭借其自发极化特性与高居里温度，将为光电子学中超薄铁电器件的实现提供广阔前景。