近日，物理评论B以Letter的形式在线刊发了于涛教授“量子磁性与自旋物理”课题组题为“Spin radiation of electrons, excitons, and phonons”的研究论文。课题组蔡成渊为论文的第一作者，于涛教授为论文的通讯作者，华中科技大学为唯一论文单位。
自旋流是自旋电子学关注的重点[如Rev. Mod. Phys. 96, 015005 (2024)]。研究自旋流对理解角动量在电子、磁子[如Nat. Phys. 11, 453 (2015)], 光子[如Phys. Rep. 592, 1 (2015)], 激子[如Phys. Rev. Lett. 110, 246403 (2013)]、声子等不同载体之间的转移有重要意义。被公认的激发自旋流的方式主要有在金属体系里的自旋泵浦效应[如Phys. Rev. Lett. 88, 117601 (2002)]和自旋霍尔效应[如Phys. Rev. Lett. 83, 1834 (1999)]，或在特定材料/异质结中的自旋光伏效应[如JETP Lett. 27, 604 (1978)]，光自旋伏特效应[如Nat. Phys. 12, 861 (2016)]等。然而这些方法往往对材料或光子频率有限制并且很难应用到声子或激子等电荷中性载流子上。
在这项工作中，我们将Stern-Gerlach实验中的静态非均匀磁场诱导中性原子自旋流的机理推广到动态场景，预言了通过局域的圆极化光场可以向衬底的范德瓦尔斯材料中注入自旋角动量并且激发出向四周辐射的自旋流。我们命名这种机制为“自旋辐射”效应。我们用含时微扰方法和密度矩阵演化方法计算了在外界光场作用下单层MoS2中的电子在自旋简并的能带中通过带内跃迁的方式导致的自旋流的产生，并发现在这个过程中光场中的磁场部分起主要作用。在一个各向同性(圆形)圆极化局域光场的作用下，被激发出的自旋流强度与传播的距离成反比，且单位时间向外辐射的自旋等于单位时间的光场注入的自旋。
Fig.1:图(a), 圆极化的局域磁场在衬底材料中激发出向四周辐射的直流自旋流。图(b), 原点处理想点源光场激发出的电子体系自旋流在空间的分布。图(c), 单位时间内辐射出的自旋（蓝色实线）与单位时间注入自旋（红色虚线）的对比。
此外，局域的圆极化光场也可以诱导出自旋极化的激子系统中的自旋流。在单层MoS2中，当K谷与K’谷激子的分布不平衡时，光场也会导致从源向外辐射的直流自旋流。
Fig.2:图(a), 相反谷极化的激子的分布以及它们分别在光场作用下发生跃迁的过程。图(b), 单位时间激子系统辐射出的自旋流大小。
总之，这种自旋流的参数泵浦机制不需要载流子携带电荷，且不依赖于光学选择定则和自旋轨道耦合，从而为不同载流子的自旋输运带来了一个统一和有效的范式。这一预言有待实验的进一步验证。