范德瓦耳斯反铁磁绝缘体中的高度各向异性激子与多声子束缚态
介观与纳米尺度物理
2021-07-07 v1
摘要
二维半导体系统，如量子阱与过渡金属硫族化物，是研究低维光-物质相互作用的基础。迄今为止，由于缺乏合适的材料平台，对具有本征磁序的二维半导体中基本光激发即激子的研究仍具挑战。在此，我们借助光致发光（PL）与光学反射光谱，报道在层状反铁磁绝缘体 NiPS3 中观测到与锯齿形反铁磁序耦合的激子。该激子在 PL 谱中展现出约 350 ueV 的窄线宽与近乎一致的线偏振。随着样品厚度从五层减至双层，PL 强度急剧抑制，并在单层时消失，这与计算所得双层与单层均为高度间接带隙相符。我们在宽光谱范围内观测到强线性二色性（LD），其共享与激子 PL 相同的光学各向异性轴，且锁定于锯齿方向。LD 与激子 PL 中线偏振度均随温度升高而降低，并在奈尔温度以上可忽略。这些观测表明两种光学量均为对称性破缺磁序参数的探针。此外，在 LD 谱中观测到能量靠近激子 PL 的尖锐共振。其高能侧存在十余个激子-A1g 声子束缚态，可能源于强电子-晶格相互作用对配体到金属电荷转移能的强烈调制。我们的工作确立了 NiPS3 作为探索强关联磁-激子物理的新二维平台，以及作为构造具有时间反演对称破缺物理现象工程的二维异质结构的构筑单元。
引用
@article{arxiv.2102.10758,
title = {Highly Anisotropic Excitons and Multiple Phonon Bound States in a Van der Waals Antiferromagnetic Insulator},
author = {Kyle Hwangbo and Qi Zhang and Qianni Jiang and Yong Wang and Jordan Fonseca and Chong Wang and Geoffrey M. Diederich and Daniel R. Gamelin and Di Xiao and Jiun-Haw Chu and Wang Yao and Xiaodong Xu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.10758},
year = {2021}
}
备注
to be appear in Nature Nanotechnology