张力发团队及国外合作者在手性声子领域重要成果

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近日，物理科学与技术学院张力发团队及国外合作者在手性声子领域再次取得突破性进展，相关的研究成果以“Chiral-phonon-activated spin Seebeck effect”为题，在国际凝聚态物理和材料领域期刊《Nature Materials》（《自然·材料》）在线发表。《Nature Materials》是由Nature出版集团出版发行的全球著名的期刊，是凝聚态物理物理、材料、化学等学科最具影响力的期刊之一，2022年影响因子高达47.656。我校张力发教授、周俊教授、李晓教授以及博士生杨宇承担了该论文的理论计算和数值模拟工作。张力发教授和北卡罗来纳州立大学Dali Sun教授、Jun Liu教授，北卡罗来纳大学的Wei You教授为本文共同通讯作者。

       自旋是电子的一种重要属性，将其属性引入半导体器件中，用电子电荷和自旋共同作为信息的载体，可以实现自旋电子器件，相较于常规的电子器件其具有非挥发性、长效性和高速性等特点，是未来器件发展的一个重要方向。自旋塞贝克效应作为产生纯自旋流的一种方式在信息传输、存储及新能源开发和废热利用方面有着广阔的应用前景,但其产生的自旋流较弱、需要铁磁接触以及需要外磁场存在这些因素极大的阻碍了这一效应的广泛应用。在本研究中，张力发教授等人在无磁性元素（外磁场、铁磁材料）的条件下，在手性阳离子植入的二维层状杂化有机-无机钙钛矿中观察到了手性声子驱动的自旋电流，测量获得的自旋赛贝克效应比以往报道的更加显著。这是由于手性阳离子的引入打破了材料的空间反演对称性，即使在没有外部磁场的情况下，顺时针和逆时针圆偏振声子模式的简并被解除，在温度梯度下表现出非零的角动量和局域磁场，可以通过电子-声子相互作用来转移或改变电子以及空穴的自旋状态。自然地，当手性阳离子与重金属薄层相接触时，一个与自旋塞贝克效应相似的且强烈的非平衡自旋电流在导体被驱动。这一系列结果表明了手性声子在自旋热电子学应用中的潜力，并为在没有磁性材料的情况下操控自旋提供了新的手段。
        在本工作中，张力发教授及其合作者们利用超快激光脉冲照射非磁性二维手性杂化有机-无机钙钛矿材料，在其纵向诱导巨大的瞬态温度梯度，从而观察到了手性声子激活自旋塞贝克效应。通过时间分辨磁光克尔效应的测量结果，精准的探测了在相邻非磁性导体中通过手性声子产生瞬态自旋电流，发现手性声子产生的自旋电流的相位与薄膜的手性配体存在这对应的关系，并且可以持续约4纳秒。
        论文链接：https://doi.org/10.1038/s41563-023-01473-9
        文章来源：南京师范大学
        张力发， 2001年本科毕业于南京师范大学。2012年1月毕业于新加坡国立大学获博士学位。 先后在新加坡国立大学，美国得州大学奥斯汀分校从事博士后研究。 2015年7月起，在南京师范大学物科院担任教授，2018年5月起担任院长。先后获评江苏特聘教授、江苏省“双创团队”领军人才等。主要从事声子学与量子热能科学研究， 研究方向有声子角动量及手性声子理论与应用，拓扑声子学、磁子学，界面热传导与热整流等。先后在Science, Nat. Phys., Phys. Rev. Lett.，Nano Lett. 等国际一流期刊发表论文 60 余篇。在多个国际大会中做特邀报告, 担任美国物理年会分会主席（APS 2014）、发起全国热传导研讨年会(WTT2016), 担任Phonons 2018与PTES2018 联合国际会议的大会主席等。