研究表明，在MoS₂单分子层中由掺杂剂诱导的内部磁矩是实现沟谷塞曼分裂(VZS)的一种新方法。近日，南洋理工大学的Weibo Gao & Zheng Liu和中国科学院大学的Zhen-Gang Zhu & Wu Zhou等人成功地合成了掺杂磁性元素Co的单分子层MoS₂，并通过控制掺杂浓度来设计沟谷分裂的幅度。偏振分辨光致发光(PL)光谱显示，在7 T时Co掺杂的MoS₂中，当Co浓度分别为0.8%、1.7%和2.5%时，谷分裂依次为3.9、5.2和6.15 meV。原子分辨电子显微镜研究清楚地确定了在MoS₂晶格中Co取代的磁性位点，形成了两种不同的构型，即孤立的单掺杂和三掺杂簇。密度泛函理论(DFT)和模型计算表明，观测到的增强VZS是由三掺杂团簇引起的内部磁场产生的，三掺杂团簇将载流子的自旋、原子轨道和谷磁矩从导带和价带耦合起来。本研究提出了一种利用半导体层状材料中的磁性掺杂剂来控制沟谷赝自旋的新方法，为磁-光器件和自旋电子器件的发展奠定了基础。

Jiadong Zhou, Junhao Lin, Hunter Sims, Chongyun Jiang, Chunxiao Cong, John A. Brehm, Zhaowei Zhang, Lin Niu, Yu Chen, Yao Zhou, Yanlong Wang, Fucai Liu, Chao Zhu, Ting Yu, Kazu Suenaga, Rohan Mishra, Sokrates T. Pantelides, Zhen-Gang Zhu, Weibo Gao, Zheng Liu, and Wu Zhou. Synthesis of Co-Doped MoS2 Monolayers with Enhanced Valley Splitting. Adv. Mater. 2020.

DOI: 10.1002/adma.201906536

https://doi.org/10.1002/adma.201906536