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拉曼光谱立功！在近0°扭转二维材料中“看见”可门控手性自旋

在二维材料中，电子不仅携带电荷，还具有自旋这一重要的量子属性。当电子之间的相互作用与自旋轨道耦合（SOC）相结合时，材料内部可能产生一些不同寻常的集体激发，为探索新型量子物态提供机会。其中，手性自旋模式（Chiral Spin Mode，CSM）是一类特殊的集体自旋激发，它能够在自旋轨道耦合分裂、具有相反手性的能带之间产生。与传统磁性材料中的自旋激发不同，这种模式甚至可以存在于不具有磁有序的体系中。然而，尽管理论研究早已预言其存在，相关实验报道仍十分有限。近年来，过渡金属硫族化合物构成的莫尔超晶格凭借强电子关联、显著的自旋轨道耦合以及灵活的电学调控能力，为研究这类低能集体激发提供了新的平台。如何在莫尔超晶格中识别并调控手性自旋模式，成为值得关注的科学问题。

近日，浙江大学汤衍浩研究员和徐远锋研究员在接近0°扭转角的WSe?/WS?二维异质结构中，利用偏振分辨拉曼光谱成功观测到可通过栅极电压调控的手性自旋模式。研究发现，这种模式在特定电子填充条件下呈现出强烈而尖锐的拉曼共振峰，并能够随着电子填充数变化，在手性自旋激子与激子极化子之间转变。进一步结合磁场和温度依赖性测量，研究人员证实了其自旋翻转特性，并为理解莫尔超晶格中的电荷转移绝缘态提供了新的实验证据。该研究不仅拓展了人们对二维材料低能集体激发的认识，也为探索可电学调控的量子光学与自旋电子学功能提供了新的方向。

相关成果以“Gate-tunable chiral spin mode in WSe?/WS?moiré superlattices”为题，10月15日发表在《Science》上，Zhexu Shan和Wenjian Su为共同第一作者。

图1| WSe?/WS?莫尔超晶格器件结构及不同电子填充下的绝缘态
图2|偏振分辨拉曼光谱揭示手性自旋模式
图3| 手性自旋激子及其向激子极化子的演化
图4| 手性自旋模式的塞曼效应与温度依赖性
这项研究在WSe?/WS?莫尔超晶格中成功观测到了可通过栅极电压调控的手性自旋模式，并通过偏振分辨拉曼光谱、电子填充依赖性及磁场响应，揭示了其独特的自旋翻转特性和多体激发行为。研究不仅为理解莫尔超晶格中的电荷转移绝缘态提供了新的实验依据，还展示了低能集体激发与光之间异常强烈的相互作用。未来，通过进一步调控电子关联、自旋轨道耦合和介电环境，这类二维量子体系有望为可调谐拉曼激光器、磁振子学以及三重态激子绝缘体等方向提供新的研究思路。不过，这些应用目前仍属于探索性前景，距离实际器件实现还需要进一步研究。
原文：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq6530?referrer=https%3A%2F%2Fcn.bing.com%2F

信息来源：Carbontech

2026中国国际石墨烯创新大会

11月13-15日中国·温州

“2026年中国国际石墨烯创新大会”将由石墨烯产业技术创新战略联盟（CGIA）和正泰集团联合主办，将于2026年11月13-15日在温州市（乐清）举办。大会聚焦石墨烯应用市场，着力促进石墨烯创新成果与产业端的深度对接合作，推动石墨烯产业迈向高质量发展新阶段。2026中国国际石墨烯材料应用博览会将同期举办。

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