面内磁化的二维铁磁体 CrSBr 中的各向异性电子-空穴激发与强线性二向色性
材料科学
2023-11-14 v2 介观与纳米尺度物理
摘要
在原子级薄 CrI 和 CrGeTe 单层中磁有序的观察引起了凝聚态物理和材料科学的强烈兴趣。对范德瓦耳斯二维（2D）磁性材料的研究既具有基础重要性又具有应用价值。特别是，在 CrI 和 CrBr 单层中揭示的激子增强磁光性质拓展了对 2D 材料中激子物理的理解。与具有面外磁化的 CrI 和 CrBr 不同，CrSBr 具有面内磁矩，因此为研究磁线性二向色性和高阶磁光效应提供了良好机会。在此，基于密度泛函理论内的多体微扰方法，我们研究了 CrSBr 单层的准粒子电子结构、激子和光学性质。我们确认了强束缚激子，其第一个亮激子位于 1.35 eV，与光致发光实验吻合良好（Nat. Mater. \textbf{20}, 1657 (2021)）。发现在沿面内两个正交方向的电场之间光学吸收存在强烈对比。根据典型且实际的实验设置，我们表明线偏振光的旋转角（反射或透射）可与黑磷烯中揭示的相当。如此大的线性二向色性主要源于各向异性的面内晶体结构。CrSBr 中介电函数非对角分量对线性二向色性的磁贡献可忽略。我们的发现不仅揭示了激子效应对二维铁磁体 CrSBr 光学和磁光性质的影响，也展示了其在二维光学和光电子学中的潜在应用。
引用
@article{arxiv.2301.13342,
title = {Anisotropic Electron-Hole Excitation and Large Linear Dichroism in Two-Dimensional Ferromagnet CrSBr with In-Plane Magnetization},
author = {Tian-Xiang Qian and Ju Zhou and Tian-Yi Cai and Sheng Ju},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.13342},
year = {2023}
}
备注
47 pages, 24 figures