2D范德华晶体CrSBr中的巨型磁-激子耦合
材料科学
2024-09-30 v1 介观与纳米尺度物理
光学
摘要
通过外部场或异质结构控制磁有序可精确操控和跟踪自旋与激子信息，为开发高性能光磁阀提供了可能。然而，由于二维（2D）反磁性（AFM）材料的磁光信号微弱且不稳定，阻碍了对磁序与激子之间复杂耦合的系统性研究。本文利用磁光光谱学揭示了磁序对激子-声子耦合和激子-磁序耦合的影响，这种耦合在非极端温度条件（80 K）下仍保持稳健。仅需0.425T的平面磁场即可诱导CrSBr中的自旋翻转，使其从AFM转化为铁磁（FM）磁序。而垂直磁场下的磁圆二色性（MCD）光谱学则直接揭示了厚层CrSBr中复杂自旋倾斜行为。理论计算表明，激子与磁序的强耦合——尤其是磁性相变期间的32 meV激子能位移——源于Cr与S轨道的杂化以及更高能量B型激子较大的波函数半径。这些发现为在磁光传感器和利用激子作为自旋载体的量子通信中探索2D AFM材料提供了新机遇和坚实基础。
引用
@article{arxiv.2409.18437,
title = {Giant Magneto-Exciton Coupling in 2D van der Waals CrSBr},
author = {Jia Shi and Dan Wang and Nai Jiang and Ziqian Xin and Houzhi Zheng and Chao Shen and Xinping Zhang and Xinfeng Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.18437},
year = {2024}
}