近日，柏林自由大学和马克斯·玻恩研究所的研究团队发表了一项创新研究，宣布他们成功发现了光与谷电流直接耦合的新机制。这一发现为基于谷自由度的新型电子学打开了大门，并在《自然通讯》上以“Direct coupling of light to valley current”为题发表。
这种光与谷电流的耦合机制能够在超快时间尺度内产生和控制谷电流，而此前的常识认为，这种控制是不可行的。这项研究通过最小紧束缚模型和先进的时间依赖密度泛函理论验证了这种效应，证明了圆偏振光在少周期极限下会产生一种新的矢量特性，从而实现了对谷电流的直接耦合和完全控制。
图1：能带示意图。
研究的关键在于发现了动量空间中的谷偶极矩的出现，其方向和大小完全由激光脉冲决定。这一机制允许在极短时间内（例如1飞秒）生成和控制谷电流，从而挑战了量子去相干效应。该研究不仅展示了光物质耦合中的新兴物理现象，也为未来的经典和量子计算架构提供了新的可能性。
这一发现表明，在极短的时间尺度上，光与谷态的耦合会打破谷点群对称性，导致纯净的谷电流生成。这与传统上多周期圆偏振光只能耦合到谷电荷而不能生成谷电流的观点形成鲜明对比。通过调节光脉冲的载波包络相位和振幅，研究人员实现了对谷电流方向和强度的精确控制。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-024-51968-5
