[Physical Review Letters] 磁性量子材料中光电流的散粒噪声
近日，光谱所张磊教授、理论所陈君教授联合深圳大学物理与光电工程学院王健讲席教授课题组，在磁性量子材料光电流散粒噪声理论方面取得重要进展。相关成果以 “Shot Noise of Photocurrents in Magnetic Quantum Materials”为题发表在国际著名物理学期刊 Physical Review Letters（135, 166702, 2025）。张磊教授、陈君教授、王健教授为通讯作者，光谱所博士生刘欣月与深圳大学助理教授向龙俊为共同第一作者，光谱所博士后杨雅卿、深圳大学许富明教授参与了该工作。
图1 光致直流散粒噪声的物理图像：在保持空间反演对称（P）和时间反演破缺（T）的磁性体系中，二阶光电流被禁止，但 DSN 仍然存在。
体光伏效应来源于位移电流和注入电流等二阶非线性光电流响应，在新型光电器件与太阳能转换中具有重要作用。传统的二阶光电流只能存在于空间反演对称性破缺的材料中，在保持反演对称的磁性量子材料中往往“看不到”净光电流信号，从而限制了对其量子几何和磁相的电学表征。如图1所示，在保持空间反演对称而时间反演破缺的磁性体系中，二阶光电流虽然被禁止，但光致直流散粒噪声仍然存在并携带关键信息。
本研究建立了光致直流散粒噪声（DC shot noise, DSN）的统一理论框架，系统揭示了 DSN 对 PT 对称性和入射光偏振的依赖关系，首次提出两类仅在 PT 对称性破缺时出现的“磁性 DSN”物理量。该工作表明，在无需电极接入、无净光电流的条件下，DSN 依然能够灵敏地反映磁性量子材料的对称性、量子几何与磁相信息。模型与第一性原理计算进一步显示，该方法可用于区分交替磁体中的自旋纹理，以及双层 CrI₃ 中的铁磁与反铁磁相，为磁性量子材料的非侵入式表征提供了新途径。
本工作得到国家自然科学基金、山西省“1331”工程、山西省回国留学人员科研项目、光量子技术与器件全国重点实验室、省部共建极端光学协同创新中心等资助。
论文链接：https://doi.org/10.1103/nsky-zmzp
