稳态强磁场实验装置用户首次发现二维Néel型反铁磁VPS3中的相干激子-磁子耦合效应

稳态强磁场实验装置(SHMFF)用户中国科学技术大学闫文盛课题组与中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心盛志高课题组合作，利用SHMFF所属超导磁体SM1及超快光学等技术系统研究了二维Néel型反铁磁VPS3中的相干激子-磁子耦合效应。相关研究成果以“Probing the Néel-Type Antiferromagnetic Order and Coherent Magnon–Exciton Coupling in Van Der Waals VPS3”为题发表于国际材料学顶刊Advanced Materials。  

二维范德华(vdW)反铁磁材料由于具有太赫兹共振、多维磁序态和超快自旋动力学等特征而受到广泛关注，近年来在自旋-轨道纠缠激子态和电子自旋转矩等领域的研究中取得了的重要进展。然而，由于反铁磁缺乏净磁化强度以及外磁场响应能力，准确识别它们的磁结构、进而深入理解其反铁磁衍生效应仍然是一个严酷挑战，这极大地限制了二维反铁磁的基础研究和实际应用。 

为了探究二维反铁磁材料的磁构型及其衍生效应，研究团队利用SHMFF的非线性二次谐波（SHG）和拉曼（Raman）光谱技术研究了层状反铁磁单晶VPS3，揭示了具有面外各向异性的二维反铁磁体VPS3中的Néel型反铁磁序，发现这种长程反铁磁序在超薄极限下仍然存在。随后，团队首次在单层WSe2/VPS3异质结中检测到了Néel型反铁磁序诱导的强层间激子-磁子耦合(EMC)及其所产生的增强激子态。这一研究成果不仅在国际上首次用实验方法证实了VPS3的精细磁结构，而且发现了基于此构型诱发的强激子-磁子耦合行为。这为二维反铁磁材料的研究提供了新的光学途径，并促进了它们在磁-光和光-自旋电子器件中的潜在应用。

 
图1（a）温度依赖的SHG图形，（b）提取的SHG强度拟合，（c）解理的VPS3光学照片，（d-f）不同厚度VPS3样品的SHG图形 

中国科学技术大学闫文盛教授、段恒利博士后和强磁场中心盛志高研究员为本文的共同通讯作者。中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心张冉冉副研究员，瑞典隆德大学MAX IV实验室Alexei A. Zakharov教授等共同参与此项课题研究。 

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202300247