反铁磁性诱导的具有空间反演对称性的双层CrI$_3$的二阶非线性光学响应
介观与纳米尺度物理
2020-11-26 v1 材料科学
摘要
AB'堆垛具有空间反演对称性的双层（BL）CrI中的反铁磁性（AF）同时破缺空间反演（P）和时间反演（T）对称性，但保持联合PT对称性，从而诱导出新颖的二阶非线性光学（NLO）响应，如二次谐波产生（SHG）、线性电光效应（LEO）和体光伏效应（BPVE）。本工作中，我们基于广义梯度近似（GGA）加在位库仑关联（U）的密度泛函理论，即GGA+U方法，计算了BL CrI的AF诱导NLO响应。有趣的是，我们发现AF BL CrI中的磁SHG、LEO和光电流非常巨大，可与甚至大于众所周知的非磁性非中心对称半导体。例如，计算得到的SHG系数与最具前景的NLO器件二维材料MoS单层（ML）同数量级。计算得到的LEO系数几乎是MoS ML的三倍。CrI BL中计算得到的NLO光电流是迄今BPVE材料预测的最大值之一。另一方面，不同于非磁性半导体，AF BL CrI中的NLO响应是非互易的，并且可通过旋转磁化方向进行切换。因此，我们有趣的发现表明，AF BL CrI不仅将为探索低维磁性的新物理提供宝贵平台，还将在磁NLO和LEO器件（如频率转换、电光开关和光信号调制器以及高能量转换效率光伏太阳能电池）中具有广阔应用前景。
引用
@article{arxiv.2011.00708,
title = {Antiferromagnetism-induced second-order nonlinear optical responses of centrosymmetric bilayer CrI$_3$},
author = {Vijay Kumar Gudelli and Guang-Yu Guo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2011.00708},
year = {2020}
}
备注
10 pages, 7 figures