来自密歇根大学-上海交通大学联合研究所的Kaiman Lin教授及其团队利用温度依赖性聚光光谱和激子寿命测量法确定了纳米厚 CrSBr 中的强激子-光子耦合。
激子-声子耦合是激子与晶格振动（声子）之间的相互作用，在决定材料的光学和电子特性方面起着关键作用，为了解光物质之间的相互作用提供了宝贵的视角。CrSBr 是一种 A 型反铁磁（AFM）材料，由沿堆积方向反铁磁耦合的范德华（vdW）铁磁单层组成。与大多数磁性材料不同，CrSBr 是一种直接带隙半导体，为探索磁、光和电特性之间的相互作用提供了机会。它具有约 1.5 eV 的可观带隙，并具有良好的空气稳定性。此外，它还表现出较高的反铁磁耦合转变温度，块状 CrSBr 的转变温度可达 132 K。这些特性使 CrSBr 成为一种极有希望应用于光电子学、自旋电子学和量子技术的材料。
近段时间，来自密歇根大学-上海交通大学联合研究所的Kaiman Lin教授及其团队利用温度依赖性聚光光谱和激子寿命测量法确定了纳米厚 CrSBr 中的强激子-光子耦合，证明了纳米厚的 CrSBr 中激子与声子之间的有效耦合，提供了对 CrSBr 中激子动力学的深入了解，并展示了利用激子-声子耦合控制层状反铁磁材料光学特性的潜力。
结果显示，在一般情况下，PL 峰的能量位置和 PL 强度相当复杂，必须包括激子与光子、声子和磁子的相互作用。不过，在 TN 以上，激子-磁子耦合可以忽略不计，PL 能量和强度的变化主要由激子-声子耦合决定。在不同的温度范围内，随温度变化的行为存在显著偏差：从约 60 K 到约 120 K，从约 120 K 到约 180 K，以及从 180 K 以上到 300 K，这与 CrSBr 的不同磁性相态相吻合。 从 4k 到 180 K 寿命增加，然后趋于平稳，这也表明在薄的 CrSBr 中，由于磁性相的存在，有可能出现载流子定位。
薄CrSBr的温度依赖性瞬态μ-PL
总之，该团队对 CrSBr 的光致发光研究证实了晶格振动与激子之间由磁性介导的强耦合。所观察到的光致发光峰值能量随温度变化的 S 型依赖关系允许对反铁磁性层状 vdW 晶体的磁性能进行有效监测，这可归因于磁性相变可能产生的局部载流子。在这种材料中利用光监测磁性相变的能力为自旋电子学和磁光学领域的设备和技术的发展带来了希望。
参考文献：
Lin K, Sun X, et.Strong Exciton-Phonon Coupling as a Fingerprint of Magnetic Ordering in van der Waals Layered CrSBr. ACS Nano. 2024 Jan 19. doi: 10.1021/acsnano.3c07236. Epub ahead of print. PMID: 38240736.
首页
