反演对称性破缺导致的能谷依赖光电子学

反演对称性破缺允许在不同k空间区域产生对比的圆二色性，这在高对称点处表现为带间跃迁光学选择定则的极端形式。在能带边位于非中心能谷的材料中，这使得电子与不同圆偏振光之间产生能谷依赖的相互作用，类似于半导体中自旋依赖的光学活性。这一发现与先前关于反演对称性破缺导致能谷对比的布洛赫能带特征（轨道磁矩和Berry曲率）的发现[Phys. Rev. Lett. 99, 236809 (2007)]完美契合。研究揭示了带间跃迁的k分辨光学振子强度、轨道磁矩与Berry曲率之间的普适联系，这也为铁磁系统中轨道磁化和内禀反常霍尔电导率的光学测量提供了原理。这一普遍物理规律在石墨烯中得到了证明，其中反演对称性破缺导致了带间跃迁的能谷对比光学选择定则。我们讨论了基于石墨烯的能谷光电子学应用，其中光的偏振信息可以与电子信息相互转换。