二维磁性材料CrI3、VI3及其异质结的层间磁序与拉曼光谱研究
批准号:
12104204
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
张语军
依托单位:
学科分类:
凝聚态物质结构、相变和晶格动力学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
张语军
中文摘要
CrI3中的磁光拉曼效应表明二维磁性材料中的拉曼散射由晶格对称性与长程磁序共同决定,为拉曼光谱直接表征本征磁性提供了可能。在块体VI3中我们也发现了层间磁序对光学声子的散射有很大影响,而薄层VI3的磁序与拉曼光谱还没有相关的报道。此外,二维材料可以通过重新堆垛形成二维范德瓦尔斯异质结,由于晶格失配或层间转角,出现Moiré超晶格,使结构或能带发生改变,从而出现非常规超导、Moiré激子、Moiré声子等新奇的现象。在二维磁性异质结中,磁近邻效应会在界面产生一个等效磁场进而影响材料的磁序与拉曼散射。本项目拟以二维磁性材料CrI3、VI3以及两者所构成的异质结为研究对象,系统研究其中的层间磁序以及层间磁序对拉曼光谱的影响,结合群论分析得出层间磁序对光学声子散射的影响规律。此外,本项目还将研究二维磁性超晶格中的层间磁序,并结合共振拉曼,探索由布里渊区折叠引入的Moiré声子的散射。
英文摘要
The magneto-optical Raman effects in CrI3 indicate that the Raman scattering is determined by the lattice symmetry and the long-range magnetic order in 2D magnet, which provides the possibility for the Raman spectroscopy to directly characterize the intrinsic magnetism. In bulk VI3, we also found that the magnetic order can greatly affect the scattering properties of optical phonons, however, magnetic order and Raman spectroscopy has not been reported in thin VI3. Moreover, 2D materials can form a 2D van der Waals heterojunction by restacking. Lattice mismatch or twist lead to Moiré superlattices, which changes the structure or energy bands, resulting in novel phenomena, such as unconditional superconductivity, Moiré excitons, Moiré phonons. In a 2D magnetic heterojunction, the magnetic proximity effect will generate an equivalent magnetic field at the interface and affect the magnetic order and Raman scattering of the material. In this project, we will systematically study the magnetic order and the influence of the Raman spectrum with the 2D magnet CrI3, VI3 and their heterojunction, give the general principle of influence of magnetic order on optical phonon scattering with group theory analysis. In addition, we will study the magnetic order in 2D magnet superlattice and explore the scattering of Moire phonons introduced by the Brillouin zone folding with resonance Raman spectroscopy.
二维磁性材料的发现,为探索二维极限下的磁性提供了良好的平台。在众多二维磁性材料中,CrI3由于具有层数依赖、且可以通过外部手段调控的层间磁序而成为二维磁性研究的热点。CrI3的磁光拉曼的结果已经证明,层间磁序对二维材料的拉曼偏振选择定则具有重要的影响,双层CrI3进入磁有序之后,Ag模式劈裂成两个振动模式,且劈裂模式的偏振选择定则受层间磁序对称性的调控。然而,根据对称性分析,三层CrI3在发生磁相变前后,其磁性的对称性不发生改变,那么Ag模式的拉曼光谱在磁相变前后又是如何变化呢。CrBr3具有与CrI3相同的晶格结构,而与VI3具有相同的层间磁相互作用,且相对于CrI3和VI3,CrBr3在空气中更加稳定,具有更大的应用潜力。此外,最近实验中新发现的二维磁性材料MnBi2Te4中的拉曼光谱的相关研究还很少。. 在本项目中,我们结合磁光偏振拉曼光谱以及磁圆二色性,系统研究了2-5层CrI3中Ag模式的Davydov劈裂与层间磁序的耦合。结果显示Ag模式的拉曼散射强度与层间磁序之间具有很强的相互作用,说明自旋与声子之间存在很强的耦合。其结果为研究二维磁性材料中的磁性与晶格振动提供了新的思路。在二维磁性材料MnBi2Te4的拉曼光谱的研究中,我们发现当MnBi2Te4的厚度减小到原子层厚时,MnBi2Te4与衬底之间存在很强的机械耦合,这种耦合表现为一个很强的低频呼吸拉曼模式,该模式即使在单层MnBi2Te4仍然存在。此外,我们还发现,该低频呼吸拉曼模式对样品的退化很敏感,所以可以将该模式的强弱作为判定样品质量的依据。. 近期在薄层二维磁性材料CrBr3的旋光分辨的拉曼光谱的研究中,首先,我们发现在CrBr3进入磁有序之后,两个旋光通道的拉曼散射强度不相等,称为旋光偏振现象,这直接反应了时间反演对称性的破缺,可以直接表征材料的磁相变;其次,旋光偏振现象具有强的激发光能量的依赖关系;再次,在共振条件下,我们观测到了CrBr3中的Ag模式的1-5阶的拉曼散射,该部分工作已基本完成,近期在准备初稿。层间转角CrBr3的同质结的磁性研究也取得了一定进展, CrBr3的层间是铁磁相互作用,在转角CrBr3的同质结器件中探测到了类反铁磁的层间磁相互作用。在接下来的研究中,我们将继续制备不同层间转角的二维磁性同质结器件,研究其中的磁性与光电特性。.
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