镱掺杂剂诱导的激子湮灭：对铁磁 CrI3 中亚衍射激子扩散的原子探针
材料科学
2025-03-20 v1 介观与纳米尺度物理
强关联电子
摘要
二维磁性范德华 (vdW) 材料中的激子提供了强相关电子性质的独特窗口。其发生可用于驱动磁相转变、准确操控自旋或访问新兴的非平衡制程。尽管对 CrI3 自旋物理进行了广泛研究，但该这一典型磁性二维材料中的激子动力学仍鲜有探索。本文报道了利用 Yb3+ 掺杂点缺陷作为激子湮灭剂来探测 CrI3 中激子扩散。对 x% Yb3+:CrI3 样品进行变温光致发光 (PL) 测量，揭示了激子在经过热激活的 Dexter 型隧穿扩散，其激子扩散性较差，表明存在强电子-核耦合。通过实验数据校准的蒙特卡罗模型计算，发现其扩散系数在各个温度下都远低于二维 vdW 半导体。激子扩散长度 (LD) 在所有温度下均小于约 3 nm，远低于光学衍射极限。这一结果对利用激子探测和操控该及相关磁性 CrX3 材料中的环境具有基本意义。
关键词
引用
@article{arxiv.2503.14771,
title = {Exciton Annihilation by Lanthanide Dopants: An Atomic Probe of Sub-Diffraction Exciton Diffusion in Ferromagnetic CrI3},
author = {Kimo Pressler and Daniel R. Gamelin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.14771},
year = {2025}
}
备注
26 pages with 7 figures, plus supplementary content of 14 pages with 11 figures