二维自旋电子学是近年来凝聚态物理领域发展出的新学科分支，以其为基础提出的自旋电子器件利用电子自旋态作为信息载体，通过对电子自旋自由度的有效调控实现近零功耗的数据存储、逻辑运算、量子计算等多功能应用，有望成为新一代量子信息产业的核心技术之一。然而，当前二维自旋电子器件的量子物态调控机制尚不明确，且缺乏精准、有效的调控手段，传统的掺杂、界面工程等方法均难以实现对其量子物态的系统性与一体化调控，阻碍器件多功能应用的发展及性能的持续提升。因此，迫切需要探索出适用于二维体系的有效外源性调控技术、揭示量子物态调控机制、并建立全局性调控方案，以实现新型二维量子信息器件的研制与集成电路的开发。
我院青年教师刘陶博士针对以上关键科学和技术问题，提出了具有高CMOS兼容性的“介电层应变工程”调控策略，即利用介电衬底的纳米尺度形貌在二维导电沟道中引入应力形变，以提升其电输运性能并调控量子物性。以双层应变MoS2 的低温磁输运性质为例，在低电场下可观测到弱反局域化效应，且该效应在较大温度区间内（2K–18 K）保持稳定。此外，双层MoS2 显示出随平均应变强度提升而逐渐增强的自旋-轨道劈裂，且在强应变条件下达到了37.5 meV；而理论计算结果表明，由于空间反演对称性的存在，双层平整MoS2的本征自旋-轨道劈裂为0，说明应变能够使材料产生对称破缺、改变其本征自旋动力学特性、显著提升自旋-轨道耦合强度。该工作从实验层面证实了二维材料中存在应力-自旋耦合效应，为该体系的量子物态调控提供了新途径。
图1.应变调控二维材料自旋-轨道耦合特性。
刘陶老师自2021年加入光电研究院以来，在二维多场物性调控及信息功能器件领域取得重要进展。目前团队因科研工作需要，正面向海内外招聘优秀博士后研究人员和科研助理，欢迎有意从事新型光电子器件研发的青年才俊加盟。
作者简介：
刘陶，复旦大学青年研究员，国家海外优青、上海市领军人才（海外）、上海市科技启明星获得者。2018年博士毕业于新加坡国立大学物理系，2018至2020年在新加坡国立大学化学系从事博士后研究工作，2021年8月入职复旦大学光电研究院。近五年以（共同）第一/通迅作者发表论文包括Nat. Nanotechnol. 2篇、Nat. Electron. 1篇、Nat. Commun. 1篇、Adv. Mater. 1篇、Nano Lett. 1篇等。目前主持国家自然科学基金委、上海市科委等多项科研项目。
原文链接：T. Liu, D. Xiang, H. K. Ng, et. al., Modulation of Spin Dynamics in 2D Transition-Metal Dichalcogenide via Strain-Driven Symmetry Breaking, Adv. Sci. (9), 2200816 (2022).
