南科大黄明远、赵悦课题组在《纳米快报》发表二维磁性绝缘体领域研究进展
2020年03月13日 科研新闻 浏览量 :891

近日,南科大物理系副教授黄明远课题组与副教授赵悦课题组联合研究,在二维磁性绝缘体领域取得重要进展,相关成果以“二维磁性CrI3中磁序引入的反常偏振拉曼散射谱(Magnetic Order-Induced Polarization Anomaly of Raman Scattering in 2D Magnet CrI3)”为题发表在顶级纳米期刊《纳米快报》(Nano LettersIF:12.28)。

近年来二维磁性材料由于其丰富的物理性能以及广阔的应用前景吸引了广泛的关注。在众多的二维磁性材料中,CrI3由于层间反铁磁相互作用弱,可以通过外加磁场、电场、掺杂与压力等外部手段进行调控,使得其在磁电存储、自旋滤波、自旋晶体管等方面展现了潜在的应用价值,从而成为近几年来的研究焦点。

除了应用前景以外,二维磁性材料还有许多新奇的物理性质,例如最近人们在双层CrI3中,发现层间反铁磁序破坏了中心反演对称性,引起了巨大的非互易二次谐波信号。

单层CrI3偏振拉曼光谱随磁场的变化:A为低温下(1.7 K)单层CrI3的平行(XX)与垂直(XY)偏振方向的拉曼光谱;b-e为单层CrI3偏振拉曼光谱随磁场的演化过程;F为单层CrI3的拉曼强度与磁圆二色的结果比较

一般而言,声子的拉曼散射性质由晶格的对称性决定,然而研究团队在二维磁性材料CrI3中发现磁序对其声子的拉曼散射特性有很大的影响。研究团队通过偏振拉曼光谱探测声子的光散射性能来研究少层CrI3中的磁光效应。当单层CrI3样品的温度降至居里温度以下时,其在128 cm-1附近的A1g模式在垂直偏振方向的拉曼散射强度变得异常强,其拉曼散射光由原来的线偏振光变为椭圆偏振光;而且当施加外磁场使自旋发生翻转时,该模式的散射光强度会发生跳变。对于双层CrI3样品而言,该模式会在居里温度以下劈裂成两个模式(Davydov劈裂),当通过外加磁场将反铁磁双层CrI3调控至铁磁态时,新劈裂出的峰将会消失。群论分析表明,在CrI3中观测到的磁光拉曼效应来自于磁序改变对材料对称性的影响。本研究在二维磁性材料中揭示了时间反演对称性与拉曼散射之间的联系。

双层CrI3偏振拉曼光谱随磁场的变化:a,b为双层CrI3偏振拉曼光谱随磁场的演化过程;C为在-1 T, 0 T, 1 T时,双层CrI3垂直偏振方向的拉曼光谱;D为双层CrI3的拉曼强度与磁圆二色的结果比较

黄明远课题组2016级南科大-北大联培博士生张语军、赵悦课题组2019级南科大独立培养博士生吴小华为该论文的共同第一作者,黄明远与赵悦为共同通讯作者,南方科技大学为第一通讯单位。

这项工作得到了国家自然科学基金、广东省重点领域研究开发计划、广东省创新创业研究团队计划、深圳市科学技术创新委员会以及深圳市工业和信息化局的支持。计算资源得到了南方科技大学计算科学与工程中心的支持。

论文链接:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.9b04634

供稿单位:物理系

编辑:刘馨

主图设计:丘妍

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