自旋电子学旨在利用电子自旋自由度发展新型信息与光电器件。圆偏振光能够有效激发和调控自旋极化载流子，但在室温条件下，二维材料局域边界处由圆偏振光诱导的微弱自旋相关光电流往往难以被高灵敏度捕捉，这限制了二维光自旋电子器件的机理研究与功能设计。
近日，中国矿业大学材料与物理学院光电信息科学与工程专业2022级本科生代新远在张洋老师指导下，以第一作者在SCI收录期刊《Applied Physics Letters》发表题为“Inverse spin Hall photocurrent in thin-film WSe2”的研究论文。
该工作以少层WSe2薄膜器件为研究对象，结合光弹调制器、高分辨扫描光电流显微技术和双锁相放大测量方案，在室温下实现了普通光电流与自旋光电流的同步空间成像，观察到金属/WSe2电极界面附近具有相反符号分布的双极性自旋光电流信号。
逆自旋霍尔效应诱导自旋光电流的机理示意图
研究表明，该自旋光电流来源于光生自旋极化载流子的逆自旋霍尔效应。圆偏振光垂直入射WSe2器件后产生自旋极化载流子，电极附近由接触势垒形成的局域内建电场驱动自旋流，并通过逆自旋霍尔效应转化为可探测的横向电荷流。该结果揭示了金属/二维材料界面局域电场在自旋-电荷转换过程中的关键作用。
此外，团队进一步研究了激光功率、光斑尺寸和外加偏压对自旋光电流的调控规律。实验结果显示，随着激光功率升高，自旋光电流增强；随着高斯光斑直径增大，电极附近可收集的自旋极化载流子增多，自旋光电流随之增加。外加偏压能够调节电极附近局域电场分布，使自旋光电流随偏压呈现近似线性变化，并显著影响器件的自旋极化比例。
不同光场参数下WSe2器件自旋光电流的空间分布与调控结果
该研究不仅为二维过渡金属硫族化合物中自旋相关光电流的室温探测提供了实验依据，也说明通过界面结构设计与外场调控可以有效塑造二维材料边界处的自旋输运行为，为基于二维材料的自旋光伏器件和光自旋电子器件设计提供了定量参考。
论文链接：
https://doi.org/10.1063/5.0337020
作者简介：代新远，中国矿业大学材料与物理学院光电信息科学与工程专业2022级本科生。作为第一负责人主持国家级大学生创新创业训练计划项目；以第一作者发表SCI论文1篇；以第一发明人申请国家发明专利1项。
