CrSBr 中源于巨型激子振子强度的巨大光学各向异性
材料科学
2025-09-24 v1
摘要
范德华材料中维度与电子关联的相互作用为在纳米尺度上工程化光物质相互作用提供了强大的工具包。激子，即束缚的电子-空穴对，是这一努力的核心，然而最大化决定相互作用截面的激子振子强度仍是一个挑战。传统观念暗示存在一种权衡，即在强束缚系统中，可观测的振子强度通常由于布居动力学而降低。在此，我们揭示了层状磁性半导体 CrSBr 中与准一维激子相关的巨大振子强度，这从根本上违背了既有的标度律。通过全面的光学表征和第一性原理计算，我们证实这种异常增强直接源于维度的降低，这迫使电子-空穴波函数重叠增加。此外，我们发现了基本激子与局部自旋涨落之间的密切联系，这有助于电子能谱中能隙的打开。由此产生的光学各向异性表现出巨大的面内双折射（Delta_n = 1.45）和深度各向异性的波导，我们利用纳米光学成像直接对其进行了可视化。利用这种极端响应，我们实现了一种真正的零级四分之一波片，其前所未有的波长与厚度比（lambda/t）超过 3.4，超越了当前微型化技术的极限，包括最先进的超表面。我们的发现突显了磁性范德华材料中维度工程化对实现新型光物质耦合机制和开发下一代超紧凑光子架构的深远影响。
引用
@article{arxiv.2509.18866,
title = {Giant optical anisotropy in CrSBr from giant exciton oscillator strength},
author = {Georgy Ermolaev and Tagir Mazitov and Arslan Mazitov and Adilet Toksumakov and Dmitriy Grudinin and Anton Minnekhanov and Gleb Tselikov and Dmitry Yakubovsky and Gleb Tikhonowski and Nikolay Pak and Umer Ahsan and Aleksandr Slavich and Mikhail Mironov and Alexey Tsapenko and Andrey Vyshnevyy and Ivan Kruglov and Zdenek Sofer and Aleksey Arsenin and Kostya Novoselov and Andrey Katanin and Valentyn Volkov},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.18866},
year = {2025}
}
备注
13 pages, 5 figures