【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院強(qiáng)磁場(chǎng)中心盛志高研究員團(tuán)隊(duì)與合作者在二維磁性材料的非線性光學(xué)研究中取得重要進(jìn)展，依托穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置(SHMFF)超快磁光測(cè)試系統(tǒng)，首次觀測(cè)到單層CrPS4中鐵磁序誘導(dǎo)的強(qiáng)非線性磁二次諧波產(chǎn)生(Nonlinear Magnetic Second Harmonic Generation，MSHG)。該成果于2024年8月9日在線發(fā)表于光學(xué)重要期刊Advanced Optical Materials。
 

　　Second Harmonic Generation (SHG)是一種二階非線性光學(xué)現(xiàn)象，與材料的對(duì)稱性破缺息息相關(guān)且極其靈敏。SHG最初發(fā)現(xiàn)于具有晶體結(jié)構(gòu)對(duì)稱性破缺的體系(i型SHG)。自20世紀(jì)60年代以來，理論和實(shí)驗(yàn)都發(fā)現(xiàn)了與磁有序(時(shí)間反演對(duì)稱破缺)相關(guān)的SHG效應(yīng)(c型SHG)。一般來說，c型SHG比i型SHG的強(qiáng)度至少弱一個(gè)數(shù)量級(jí)，這嚴(yán)重限制了其在非線性光學(xué)器件中的應(yīng)用。
 

　　繼石墨烯之后，磁性二維范德瓦爾斯(2D vdWs)材料因其獨(dú)特的物性與廣泛的應(yīng)用潛力備受關(guān)注。但是目前人們對(duì)其非線性光學(xué)性質(zhì)的理解仍存在諸多未知，然而其SHG與磁性有序的關(guān)系尚未被充分研究，這限制了其在光電子器件中的應(yīng)用。研究團(tuán)隊(duì)深入探索了二維反鐵磁材料CrPS4中的磁性有序相關(guān)的SHG效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，在塊體和偶數(shù)層CrPS4中，反鐵磁序不能產(chǎn)生任何c型SHG效應(yīng)，而在奇數(shù)層CrPS4中觀測(cè)到巨大的單層鐵磁序誘導(dǎo)產(chǎn)生的c型SHG效應(yīng)。這是首次在二維磁體中觀測(cè)到ED近似下的鐵磁序誘導(dǎo)產(chǎn)生c型SHG效應(yīng)，該效應(yīng)源于空間和時(shí)間反演對(duì)稱性的雙重破缺。更為重要的是，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)該鐵磁序誘導(dǎo)的c型SHG與晶體結(jié)構(gòu)對(duì)稱破缺產(chǎn)生的i型SHG的信號(hào)強(qiáng)度相當(dāng)。這在所有已知的磁性材料中極為罕見，暗示了一種新的MSHG產(chǎn)生機(jī)制。這一發(fā)現(xiàn)不僅揭示了二維磁性材料中SHG的新機(jī)制，而且極大地豐富了由磁性有序產(chǎn)生的SHG類別。該發(fā)現(xiàn)對(duì)于深入理解二維磁性材料的非線性光學(xué)行為及其對(duì)稱性具有重要意義，同時(shí)也為開發(fā)基于二維磁性材料的高性能光電子器件提供了新的思路和理論基礎(chǔ)。
 

　　強(qiáng)磁場(chǎng)中心侯德博士為第一作者，強(qiáng)磁場(chǎng)中心盛志高研究員為論文的通訊作者，本工作得到了中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院固體所蔣中柱博士、羅軒研究員和安徽大學(xué)肖瑞春教授的大力支持，強(qiáng)磁場(chǎng)中心為第一作者和通訊作者單位。該工作獲得了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和強(qiáng)磁場(chǎng)安徽省實(shí)驗(yàn)室的支持。
 

　　二維反鐵磁體CrPS4中單層鐵磁序誘導(dǎo)二次諧波產(chǎn)生效應(yīng)。(插圖為單層CrPS4光學(xué)圖片和AFM表征)