铁电极化驱动多层WSe2中贝里曲率偶极子的生成机制

《Nature Communications》：Berry curvature dipole generation and nonreciprocal spin photocurrents in ferroelectricity polarized heterostructures

　　

摘要

贝里曲率偶极子（BCD）描述了动量空间中贝里曲率的偶极状分布，并在非线性光电子学中的量子几何现象中起着关键作用。实验上，BCD 可以产生于人工设计的半导体异质界面，其中界面晶格不匹配引起了旋转对称性破缺。这种局部界面对称性破缺策略在很大程度上局限于单层范畴；然而，如何在较厚的半导体中诱导 BCD 仍然具有挑战性。在此，我们通过 WSe₂/LiNbO₃ 异质结构中的铁电极化驱动的对称性破缺，展示了一种在超越单层限制的半导体中生成 BCD 的策略。与由于 WSe₂ 中的 C₃ 对称性而在正常入射下不存在圆伽伐尼光电流的情况相反，异质结构中 LiNbO₃ 的面内极化将 WSe₂ 多层的 C₃ 对称性破缺为 C_s 或 C₁，并在其中诱导了显著的圆伽伐尼光电流。重要的是，这种伽伐尼光电流对偏置电压是非互易的，具有 12 的巨大不对称因子。第一性原理计算揭示，由极化场诱导的多层 WSe₂ 中的对称性破缺和能带重构导致了强各向异性的贝里曲率分布，并进一步产生了 BCD。我们关于铁电极化驱动 BCD 的结果为工程化非线性光电子器件中的量子几何提供了一条策略。