非磁性无序散射产生的谷与自旋泵

在固体中，晶体结构可赋予电子一种称为谷（valley）的内禀自由度，其表征动量空间中简并的能量极小值。近年来在二维过渡金属硫族化合物（TMDs）中实现谷极化光学泵浦的成功极大地推动了基于谷的信息学与电子学的概念。然而，在已演示的瞬态电子-空穴对激发的谷极化与实用的谷电子学操作之间，存在明显的鸿沟需要填补，其中之一是长寿命电荷载流子的谷泵。在此，我们发现所寻求的电子或空穴的谷泵可以简单地通过普遍存在的非磁性无序散射来实现，而不依赖于任何特定的材料性质。该机制根植于谷作为动量空间指标的本质：由于不同的动量转移，谷间背散射通常具有谷对比的速率，导致从一个谷到另一个谷的净布居转移。作为示例，我们数值演示了在单层TMDs纳米带中由电荷电流驱动的显著谷泵效应，其中非磁性无序的自旋轨道散射也实现了对自旋-谷锁定空穴的自旋泵。我们的发现指向了通往谷-自旋电子学（valley-spintronics）的一个意想不到的新机遇，将无序从有害因素转变为谷与自旋极化的资源。