在单层二维磁性材料中发现新的二次谐波生成

学术 2024-10-28 18:01 北京

文章来源：物理研究更新

原文作者：大锅天眼

二次谐波生成（SHG）是一种非线性光学过程，其中两个具有相同频率的光子与材料相互作用，产生一个频率是原始光子两倍的新光子。这一现象对材料的对称性特性高度敏感，使其成为探测结构和电子特性的重要工具。近年来，由于二维材料的独特特性及其在光电子学和光子学中的潜在应用，二次谐波生成在这些材料中的研究引起了广泛关注。

CrPS4背景

硫化磷铬（CrPS4）是一种二维磁性材料，由于其有趣的磁性和光学特性而备受关注。它属于范德华材料家族，这类材料具有强的面内键合和弱的层间相互作用。这使得单层的分离成为可能，单层可以表现出与其体相不同的特性。

磁性二次谐波生成（MSHG）

在CrPS4中，磁性有序的存在为二次谐波生成过程增加了额外的复杂性。当材料中的磁性有序破坏时间反转对称性时，会产生磁性二次谐波生成，从而引入非磁性材料中不存在的新二次谐波生成信号。这使得磁性二次谐波生成成为研究二维材料磁性特性的宝贵探针。

单层CrPS4中的非凡MSHG

最近的研究表明，单层CrPS4中存在非凡的大磁性二次谐波生成，这归因于材料中的铁磁有序。与在偶数层中抵消磁性贡献的反铁磁有序不同，单层和奇数层CrPS4中的铁磁有序导致显著的二次谐波生成响应。这种由铁磁介导的二次谐波生成在量级上可与由破坏晶体对称性产生的二次谐波生成相媲美，使其成为磁性材料中观察到的最显著的二次谐波生成信号之一。

CrPS4中MSHG的机制

单层CrPS4中观察到的磁性二次谐波生成源于空间反演和时间反转对称性的破坏。空间反演对称性的破坏产生i型二次谐波生成响应，而铁磁有序引入c型二次谐波生成响应。这些效应的结合导致强烈的二次谐波生成信号，对材料的磁性状态高度敏感。

意义和应用

在单层CrPS4中发现强磁性二次谐波生成具有重要意义。首先，它提供了一种在二维材料中产生二次谐波生成的新机制，丰富了由磁性有序产生的二次谐波生成类别。其次，它为探测二维材料的磁性特性提供了强有力的工具，这对于理解其基本物理性质和潜在应用至关重要。最后，CrPS4中的强二次谐波生成响应可以在开发新型光电子器件（如频率转换器和光调制器）中得到利用。

结论

单层CrPS4中非凡磁性二次谐波生成的研究代表了非线性光学和二维材料领域的重要进展。CrPS4中磁性和光学特性的独特结合为光电子学和光子学中的研究和应用开辟了新途径。随着我们对这些材料理解的不断加深，预计在这一快速发展的领域将会有更多令人兴奋的发展。

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