-
二維磁性材料非線性光學(xué)研究取得重要進(jìn)展
關(guān)鍵字:據(jù)觀察者網(wǎng)從復(fù)旦大學(xué)物理系獲悉,近年來(lái),二維磁性材料在國(guó)際上成為備受關(guān)注的研究熱點(diǎn)。它們能將自發(fā)磁化保持到單原胞層厚度,為人們理解和調(diào)控低維磁性提供了新的研究平臺(tái),也為二維磁性與自旋電子學(xué)器件的研發(fā)開(kāi)辟了新的方向,在新型光電器件、自旋電子學(xué)器件等方面有著重要應(yīng)用價(jià)值。
盡管二維磁性材料的鐵磁性質(zhì)已有研究,但反鐵磁態(tài)由于不具有宏觀磁化,材料體系整體對(duì)外不表現(xiàn)出磁性,加之樣品既薄又小,其實(shí)驗(yàn)研究是領(lǐng)域內(nèi)的一大難題。
針對(duì)這一問(wèn)題,近日,復(fù)旦大學(xué)物理系吳施偉課題組與華盛頓大學(xué)許曉棟課題組合作,在二維磁性材料雙層三碘化鉻中觀測(cè)到源于層間反鐵磁結(jié)構(gòu)的非互易二次諧波非線性光學(xué)響應(yīng),并揭示了三碘化鉻中層間反鐵磁耦合與范德瓦爾斯堆疊結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)。北京時(shí)間8月1日凌晨,相關(guān)研究成果以《反鐵磁雙層三碘化鉻中巨大的非互易二次諧波產(chǎn)生》(“Giant nonreciprocal second harmonic generation from antiferromagnetic bilayer CrI3”)為題發(fā)表于《自然》(Nature)雜志。
雙層三碘化鉻 圖片來(lái)自復(fù)旦大學(xué)物理系網(wǎng)站
將經(jīng)典方法引入新領(lǐng)域 開(kāi)辟?gòu)V闊研究空間
研究工作中觀測(cè)到的由層間反鐵磁誘導(dǎo)的二次諧波響應(yīng)讓團(tuán)隊(duì)成員們非常興奮,因?yàn)樗麄冎?,這在二維材料的研究和非線性光學(xué)領(lǐng)域都具有重要的意義。
“意義首先在于其獨(dú)特性?!眳鞘﹤ソ榻B,迄今為止二維材料領(lǐng)域所研究的二次諧波大多由晶格結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)破缺引起?!皩?duì)稱(chēng)破缺也就是破壞對(duì)稱(chēng)性,例如人的左右手原本是鏡面對(duì)稱(chēng)的,如果一只手指受傷,那么鏡面對(duì)稱(chēng)就破缺了?!倍@種由磁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的非互易二次諧波和前者有本質(zhì)區(qū)別,從原理上就十分新穎。
反鐵磁材料由于沒(méi)有宏觀的磁矩,對(duì)外部的物理激勵(lì)一般難以產(chǎn)生宏觀的可測(cè)量的響應(yīng),對(duì)僅有幾個(gè)原子層厚的二維反鐵磁材料往往無(wú)能為力?!斑^(guò)去這個(gè)問(wèn)題就像是燈光照不到的地方,一片黑暗無(wú)從下手。然而就是這樣的一種‘暗’狀態(tài),現(xiàn)在能通過(guò)二次諧波的方式變‘亮’。這也是將一種經(jīng)典的方法引入一個(gè)新領(lǐng)域的美妙所在。”吳施偉對(duì)此頗有感觸。這種二次諧波過(guò)程對(duì)材料磁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性高度敏感,為二維磁性材料的研究開(kāi)辟了廣闊的研究空間。
研究團(tuán)隊(duì)同時(shí)發(fā)現(xiàn),雙層反鐵磁三碘化鉻的二次諧波信號(hào)相比于過(guò)去已知的磁致二次諧波信號(hào)(例如氧化鉻Cr2O3),在響應(yīng)系數(shù)上有三個(gè)以上數(shù)量級(jí)的提升,比常規(guī)鐵磁界面產(chǎn)生的二次諧波更是高出十個(gè)數(shù)量級(jí)。利用這一強(qiáng)烈的二次諧波信號(hào),團(tuán)隊(duì)得以揭示雙層三碘化鉻的原胞層堆疊結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性。
吳施偉介紹,體材三碘化鉻在高溫下屬于單斜(monoclinic)晶系,在低溫下發(fā)生結(jié)構(gòu)相變而變?yōu)榱庑危╮hombohedral)晶系,兩者的差別在于范德瓦爾斯作用(一種原子或分子之間的相互作用力,相比于化學(xué)鍵的相互作用,范德瓦爾斯相互作用弱得多)的層間平移。但在寡層極限下,低溫下的晶格堆疊結(jié)構(gòu)還存在著爭(zhēng)議。團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中使用一束偏振光測(cè)量了材料在空間不同方向的極化,通過(guò)測(cè)量偏振極化的二次諧波信號(hào),發(fā)現(xiàn)它與單斜晶格的堆疊結(jié)構(gòu)都具備鏡面對(duì)稱(chēng)性,這與國(guó)際上新近發(fā)表的理論計(jì)算結(jié)果一致,為研究二維材料層間堆疊結(jié)構(gòu)與層間鐵磁、反鐵磁耦合的關(guān)聯(lián)提供了新的實(shí)驗(yàn)證據(jù)和研究手段。
創(chuàng)新研發(fā)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)研究突破
研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中探測(cè)的反鐵磁材料僅有兩個(gè)原胞層厚度(厚度在2nm以下),而在此條件下,中子散射等測(cè)量手段很難奏效。針對(duì)這一問(wèn)題,團(tuán)隊(duì)基于過(guò)去多年在二維材料非線性光學(xué)研究領(lǐng)域的積累,運(yùn)用了光學(xué)二次諧波這一方法來(lái)探測(cè)二維磁性材料的磁結(jié)構(gòu)與相關(guān)特性。
光學(xué)二次諧波過(guò)程對(duì)體系的對(duì)稱(chēng)性高度敏感,光學(xué)二次諧波的探測(cè)方法從體系的對(duì)稱(chēng)性入手,能夠靈敏地探測(cè)體系的反鐵磁性。與通常探測(cè)磁性的實(shí)驗(yàn)手段不同,它不依賴于材料的宏觀磁性,而取決于微觀磁結(jié)構(gòu)造成的對(duì)稱(chēng)破缺。雙層三碘化鉻在反鐵磁態(tài)下,其磁結(jié)構(gòu)不但打破了時(shí)間反演對(duì)稱(chēng)性,也同時(shí)打破了空間反演對(duì)稱(chēng)性,由此產(chǎn)生強(qiáng)烈的非互易二次諧波響應(yīng)。當(dāng)體系升至轉(zhuǎn)變溫度以上、或施加面外磁場(chǎng)拉為鐵磁態(tài)后,磁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性卻發(fā)生了改變,這一二次諧波信號(hào)也隨之消失。
自2017年至今,兩年的協(xié)力共進(jìn)澆灌出如今的成果。團(tuán)隊(duì)首先利用實(shí)驗(yàn)室已有的無(wú)液氦可變溫顯微光學(xué)掃描成像系統(tǒng)進(jìn)行了初步測(cè)量,但由于該系統(tǒng)沒(méi)有磁場(chǎng),很多關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)測(cè)量受到了限制。為解決這一問(wèn)題,課題組成員攻堅(jiān)克難,利用一套無(wú)液氦室溫孔超導(dǎo)磁體,自主研發(fā)搭建了一套無(wú)液氦可變溫強(qiáng)磁場(chǎng)顯微光學(xué)掃描成像系統(tǒng),并借助新系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)磁場(chǎng)下的光學(xué)測(cè)量,完成了關(guān)鍵數(shù)據(jù)的探測(cè)。
據(jù)悉,該研究工作的合作團(tuán)隊(duì)還包括香港大學(xué)教授姚望、卡耐基梅隆大學(xué)教授肖笛、華盛頓大學(xué)教授曹霆、美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究員Michael McGuire,以及我系教授劉韡韜、陳張海、高春雷等。吳施偉和許曉棟為文章的通訊作者,我系博士研究生孫澤元和易揚(yáng)帆為共同第一作者。研究工作得到自然科學(xué)基金委、科技部重大研究計(jì)劃和重點(diǎn)研發(fā)專(zhuān)項(xiàng)計(jì)劃等項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)的支持。
- 責(zé)任編輯:于文凱
- 最后更新: 2019-08-02 12:55:19
-
硬碰硬:華為5G pk三星5G 你愿意為誰(shuí)買(mǎi)單?
2019-08-01 19:50 5G -
中國(guó)鐵塔的軟肋
2019-08-01 19:45 大公司 -
中科院公布二季度亮點(diǎn)成果
2019-08-01 19:36 科技前沿 -
剛剛,宇視科技贏了英特爾
2019-08-01 18:55 大公司 -
華為擬投100億打造上海青浦研發(fā)中心
2019-08-01 18:54 上海觀察 -
vivo榮耀小米激戰(zhàn),vivo Z5發(fā)布售價(jià)1598元起
2019-08-01 17:31 手機(jī) -
諾基亞辟謠“關(guān)閉北京研發(fā)中心”:消息不實(shí)
2019-08-01 16:52 大公司 -
中國(guó)最寬橋梁順利貫通,寬度約為南京長(zhǎng)江大橋2.7倍
2019-08-01 16:46 -
14nm爭(zhēng)奪戰(zhàn)別有洞天
2019-08-01 10:40 -
高通CEO:華為的發(fā)展令高通客戶取消部分4G訂單
2019-08-01 10:22 -
搭載高通驍龍X50 中興5G室內(nèi)路由器入網(wǎng)
2019-08-01 10:11 -
零的突破!中國(guó)新型類(lèi)腦計(jì)算芯片首登《自然》封面
2019-08-01 09:32 科技前沿 -
“中國(guó)天眼”邁出了探索地外生命的步伐
2019-08-01 08:44 -
中外合作實(shí)現(xiàn)無(wú)激光背景高效率高品質(zhì)單光子源
2019-08-01 07:20 -
中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)能并沒(méi)有過(guò)剩 晶圓代工國(guó)產(chǎn)率不足40%
2019-07-31 21:30 大公司 -
索尼警告:再給中國(guó)加稅,PS主機(jī)可能在美漲價(jià)
2019-07-31 15:50 大公司 -
SA報(bào)告:華為Q2手機(jī)出貨量全球第二,三星居首
2019-07-31 15:41 -
聯(lián)發(fā)科連發(fā)多文展示HyperEngine技術(shù):告別網(wǎng)絡(luò)卡頓
2019-07-31 15:35 大公司 -
三星計(jì)劃在9月4日展示3nm GAA工藝最新進(jìn)展
2019-07-31 09:56 -
三星電子最終核實(shí)Q2營(yíng)業(yè)利潤(rùn)同比銳減56%
2019-07-31 09:40 大公司
相關(guān)推薦 -
歐盟“更硬”了:稅率得大幅低于中英 評(píng)論 112“中美暗流涌動(dòng):一個(gè)穩(wěn)推戰(zhàn)略,一個(gè)急著交易” 評(píng)論 45美國(guó)全球封殺華為昇騰芯片?“無(wú)理且自大” 評(píng)論 260“特朗普最大的中東外交豪賭” 評(píng)論 60拿錯(cuò)劇本?特朗普在沙特演講:美國(guó)不再說(shuō)教了 評(píng)論 195最新聞 Hot
-
歐盟“更硬”了:稅率得大幅低于中英
-
特朗普點(diǎn)名庫(kù)克:忍了蘋(píng)果在中國(guó)很多年,你居然又往印度跑?!
-
美政府有人不滿:又想拉黑中企,還要不要跟中國(guó)談了?
-
歐陽(yáng)娜娜遭臺(tái)當(dāng)局點(diǎn)名
-
“我倆不見(jiàn),這事沒(méi)戲”
-
萬(wàn)斯將出席教皇利奧十四世的就職彌撒
-
莫斯科地鐵重現(xiàn)斯大林大型浮雕
-
“中美暗流涌動(dòng):一個(gè)穩(wěn)推戰(zhàn)略,一個(gè)急著交易”
-
“美匈關(guān)系有一條紅線,就是中國(guó)”
-
“銹帶衰落賴不著中國(guó),但兩黨不敢認(rèn)”
-
劉曉慶回應(yīng)被舉報(bào)涉嫌偷稅漏稅
-
“到北京了”,美方公布簡(jiǎn)歷
-
普京不來(lái),澤連斯基急了
-
說(shuō)好的硬氣?“印度將對(duì)美零關(guān)稅”
-
美國(guó)全球封殺華為昇騰芯片?“無(wú)理且自大”
-
歐盟也要加入CPTPP?美國(guó)急了
-