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Pure bulk orbital and spin photocurrent in two-dimensional ferroelectric materials

npj Computational Materials 2021年第1期7卷 545-554页

作者： xingchi mu Yiming Pan Jian Zhou Center for Alloy Innovation and Design State Key Laboratory for Mechanical Behavior of MaterialsXi’an Jiaotong UniversityXi’anChina

We elucidate a bias-free light-induced orbital and spin current through nonlinear response theory,which generalizes the wellknown bulk photovoltaic effect in centrosymmetric broken materials from charge to the spin and orbital degrees of *** use two-dimensional nonmagnetic ferroelectric materials(such as GeS and its analogs)to illustrate this bulk orbital/spin photovoltaic effect,through first-principles *** materials possess a vertical mirror symmetry and time-reversal symmetry but lack of inversion *** reveal that in addition to the conventional photocurrent that propagates parallel to the mirror plane(under linearly polarized light),the symmetric forbidden photocurrent perpendicular to the mirror actually contains electrons flow,which carries angular momentum information and move *** generates a pure orbital moment current with zero electric charge *** hidden photo-induced pure orbital current could lead to a pure spin current via spin–orbit coupling ***,a four-terminal device can be designed to detect and measure photo-induced charge,orbital,and spin currents *** these currents couple with electric polarization P,hence their amplitude and direction can be manipulated through ferroelectric phase *** work provides a route to generalizing nanoscale devices from their photo-induced electronics to orbitronics and spintronics.

关键词： transition orbital ferroelectric

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