近日，重点实验室杨金波、方哲宇和吕劲三课题组开展合作，预测二维的具有蜂窝状原子排布的BNC杂化材料，是一类新的具有从紫外拓展到可见光、近红外以及远红外波段的可调能隙的谷电子学材料，并通过实验证实了该体系存在谷极化的现象。相关工作以“Valley Pseudospin with a Widely Tunable Bandgap in Doped Honeycomb BN Monolayer”为题，在线发表于纳米科学领域的顶级期刊Nano Letters上，DOI: 10.1021/ acs.nanolett.7b00271。

某些二维六角反演对称破缺的材料（比如过渡金属硫族化合物）的能带极值在布里渊区的不同位置，虽然能量简并，但是由于不同的谷有相反的磁矩和贝里曲率，不同谷有可能对外界的激发响应相反。这些能带极值会形成类似电子自旋一样的可操控自由度，称为谷的赝自旋。对材料中谷赝自旋进行操控和利用，未来有望实现谷存储技术，因此，谷电子学的研究受到广泛关注。目前，过渡金属硫族化合物（TMDs）是实验上唯一能够观察的谷电子学现象的二维材料。利用第一原理计算，预言了氮化硼（BN）及碳原子掺杂氮化硼（BCN）材料体系在缺失C3对称性的保护情况下，材料仍具有非等价的能谷和完美的谷赝自旋性质，并且材料的带隙可随碳原子掺杂浓度从紫外到远红外大范围可调。低浓度的掺杂下，由于人工超结构和谷的相互作用，能带劈裂城分裂的能级并具有非连续的谷霍尔电导。在高浓度掺杂下，实验上在可见光波段观察到由于谷极化导致的圆极化的光致发光现象，室温下发出的圆偏振光的极化率接近40%， 77k低温时，极化率高达70%。该工作证明了谷相反的圆二色性不需要C3对称的保护，谷电子学的研究可被拓展到更多材料体系，如多晶体系。利用超晶格可以进一步实现谷的准量子化等。

（a）带隙可调的圆偏振光实现谷极化的光致发光过程的示意图。 B0.92NC2.44样品在（b）在300 K右旋圆偏振光激发，（c）77 K右旋圆偏振光激发（d）77 K左旋圆偏振光激发下的圆极化光致发光。

上述论文的第一作者是北京大学物理学院博士生宋志刚，方哲宇课题组博士生李梓维为共同一作。新加坡南洋理工大学刘政教授为实验提供了高质量二维材料。中科院物理所的白雪冬和王文龙研究员提供了样品的高分辨率的透射电镜表征。上述研究工作得到了国家自然科学基金、科技部国家重大研究计划（973）、人工微结构和介观物理国家重点实验室以及量子物质科学协同创新中心的支持。