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復旦大學(xué)物理系吳施偉課題組與華盛頓大學(xué)許曉棟課題組合作，在二維磁性材料雙層三碘化鉻中觀(guān)測到源于層間反鐵磁結構的非互易二次諧波非線(xiàn)性光學(xué)響應，成功揭示了三碘化鉻中層間反鐵磁耦合與范德瓦爾斯堆疊結構的關(guān)聯(lián)。該成果8月1日發(fā)表在《自然》雜志上。

二維磁性材料是近年來(lái)國際上備受關(guān)注的研究熱點(diǎn)。然而由于該材料體系整體對外不表現出磁性，加之樣品既薄又小，其實(shí)驗研究一直是領(lǐng)域內的一大難題。

僅有幾個(gè)原子層厚的二維反鐵磁材料對外部的物理激勵，一般難以產(chǎn)生可測量響應。吳施偉解釋說(shuō)：“過(guò)去這個(gè)問(wèn)題就像是燈光照不到的地方。然而就是這樣的一種‘暗’狀態(tài)，現在能通過(guò)二次諧波的方式變‘亮’?！睋榻B，研究團隊在實(shí)驗中探測的反鐵磁材料僅有兩個(gè)原胞層厚度（厚度在2納米以下），在此條件下，中子散射等測量手段很難奏效。針對這一問(wèn)題，團隊基于多年在二維材料非線(xiàn)性光學(xué)研究領(lǐng)域的積累，運用了光學(xué)二次諧波這一方法來(lái)探測二維磁性材料的磁結構與相關(guān)特性。

光學(xué)二次諧波不依賴(lài)于材料的宏觀(guān)磁性，而取決于微觀(guān)磁結構造成的對稱(chēng)破缺。雙層三碘化鉻在反鐵磁態(tài)下，其磁結構不但打破了時(shí)間反演對稱(chēng)性，也打破了空間反演對稱(chēng)性，由此產(chǎn)生強烈的非互易二次諧波響應。在體系升至轉變溫度以上，或施加面外磁場(chǎng)拉為鐵磁態(tài)后，磁結構的對稱(chēng)性卻發(fā)生了改變，這一二次諧波信號也隨之消失。

研究團隊同時(shí)發(fā)現，雙層反鐵磁三碘化鉻的二次諧波信號，在響應系數上有三個(gè)以上數量級的提升，比常規鐵磁界面產(chǎn)生的二次諧波更是高出十個(gè)數量級。利用這一強烈的二次諧波信號，團隊得以揭示雙層三碘化鉻的原胞層堆疊結構的對稱(chēng)性。