近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院強(qiáng)磁場中心與安徽大學(xué)合作，依托穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場裝置（SHMFF）超導(dǎo)磁體SM1超快磁光系統(tǒng)，在二維反鐵磁MnPSe₃/graphene 異質(zhì)結(jié)中發(fā)現(xiàn)消失的MnPSe₃非互易二次諧波，揭示了MnPSe₃/graphene 界面磁振子-等離激元耦合。該成果發(fā)表于國際權(quán)威期刊Nano Letters。

       二維范德瓦爾斯（vdW）磁性/非磁性異質(zhì)結(jié)在自旋閥和非易失磁性隨機(jī)存取存儲器等自旋電子器件中具有廣泛應(yīng)用前景。界面效應(yīng)是器件功能的核心。在自旋電子器件中實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，二維磁性/非磁的界面近鄰效應(yīng)是關(guān)鍵之一。通過界面近鄰效應(yīng)，一方面磁性層的自旋極化可誘導(dǎo)自旋依賴的界面電荷轉(zhuǎn)移、Zeeman劈裂等；另一方面非磁層也可調(diào)控磁性層的磁翻轉(zhuǎn)、磁各向異性和磁相變等。因此，詳細(xì)研究二維范德瓦爾斯（vdW）磁性/非磁性異質(zhì)結(jié)中近鄰效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)界面效應(yīng)誘導(dǎo)的新功能是破解其應(yīng)用藩籬的關(guān)鍵。二維器件體系因其尺寸小、信號弱的特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)上直接探測二維反鐵磁性/非磁性異質(zhì)結(jié)的近鄰效應(yīng)面臨巨大挑戰(zhàn)。

       聚焦二維磁性異質(zhì)結(jié)的近鄰效應(yīng)，研究團(tuán)隊(duì)以構(gòu)筑的二維反鐵磁MnPSe₃/graphene異質(zhì)結(jié)（圖1a）為主要研究對象，依托SM1超快磁光系統(tǒng)中自研的非線性光學(xué)二次諧波（SHG）系統(tǒng)，對異質(zhì)結(jié)中非磁層對磁性層的非線性光學(xué)近鄰效應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。研究表明，與單層反鐵磁MnPSe₃（圖1b）相比，MnPSe₃的非互易SHG在與石墨烯接觸時消失（圖1c），表明界面耦合相互作用（近鄰效應(yīng)）的存在。為了進(jìn)一步理解這一現(xiàn)象，團(tuán)隊(duì)采用h-BN作為插層來隔絕這種界面相互作用，制備了MnPSe₃/h-BN/graphene異質(zhì)結(jié)，發(fā)現(xiàn)此界面耦合是長程的（>40 nm ），遠(yuǎn)大于常見的界面近鄰效應(yīng)（～幾個納米）。隨后，團(tuán)隊(duì)通過系列對比實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)：這一界面耦合作用的強(qiáng)度與非磁層的帶隙直接相關(guān)。帶隙越大，界面耦合效應(yīng)越小，從而獲得了可調(diào)節(jié)的異質(zhì)結(jié)非線性SHG響應(yīng)。結(jié)合對稱性分析、第一性原理計(jì)算和先前的相關(guān)研究報(bào)道等，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步揭示了表面等離激元與MnPSe₃的磁、電偶極子之間的耦合作用是MnPSe₃非互易SHG 信號消失的原因。

       中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院-安徽大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)碩士生王子云和強(qiáng)磁場中心博士生劉玉強(qiáng)為該工作共同第一作者；強(qiáng)磁場中心盛志高研究員、楊曉萍研究員、李柏霖副研究員為共同通訊作者。強(qiáng)磁場中心為該工作的第一單位。該項(xiàng)研究工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院合肥大科學(xué)中心協(xié)同創(chuàng)新等項(xiàng)目以及強(qiáng)磁場安徽省實(shí)驗(yàn)室的支持。

       論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.4c04184

圖1.非線性SHG實(shí)驗(yàn)示意圖（a）、MnPSe₃（b）和MnPSe₃/graphene（c）異質(zhì)結(jié)的SHG信號

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