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【Nat. Mater.】探索二维层状反铁磁体中的磁性多晶型现象 ​

简介 ​

本研究利用相位分辨磁性二次谐波生成显微镜，揭示了二维层状反铁磁体 CrSBr 中的磁性多晶型现象，实现了磁性多晶型的确定性和层选择性切换。

摘要 ​

多晶型现象在自然科学中至关重要。在范德华反铁磁体中，出现了一种新的磁性多晶型现象，表现为具有相同总磁化强度的多层选择性磁性结构。然而，解决和操控这种磁性多晶型仍然具有挑战性。本研究通过非线性磁光技术，明确解析了 CrSBr 双层和四层中的多晶型自旋翻转转变，展示了多晶型自旋翻转转变的确定性路径。

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研究细节 ​

  • 材料与方法

    • 使用相位分辨磁性二次谐波生成显微镜研究 CrSBr 样品。
    • 样品通过机械剥离法制备，并在氮气手套箱中进行处理。
    • 采用光致发光（PL）光谱和二次谐波生成（SHG）测量技术。 image.png

  • 主要研究成果

    • 发现 CrSBr 双层和四层中的磁性多晶型现象。

    • 通过相位分辨 SHG 技术，确定了 CrSBr 双层和四层中的磁性多晶型。 image.png

    • 观察到四层样品中的非重复自旋翻转转变和随机畴形成。

    • 发现层共享效应在确定性自旋翻转转变中的关键作用。 image.png

  • 实验数据

    • PL 和 SHG 测量结果显示了 CrSBr 双层和四层中的磁性多晶型。

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  • 相位分辨 SHG 干涉图显示了不同磁性状态之间的π相移。 image.png

  • 理论分析

    • 通过相位分辨 SHG 技术，揭示了 CrSBr 双层和四层中的磁性多晶型。
    • 讨论了层共享效应在确定性自旋翻转转变中的作用。

结果讨论 ​

本研究揭示了二维层状反铁磁体中的磁性多晶型现象，并展示了相位分辨 SHG 技术在研究这些磁性多晶型中的重要性。尽管 CrSBr 四层中的状态数量仅为八个，但层共享效应可以通过局部控制横向延伸的双层或单层来操控更多的磁性多晶型。激光切割技术辅助下的层共享效应和磁性多晶型的探索，可能会革新自旋电子学和光自旋电子学器件的构建，为概率计算和神经形态工程等创新应用的设计提供新策略。

参考文献 ​

Sun, Z.; Hong, C.; Chen, Y.; Sheng, Z.; Wu, S.; Wang, Z.; Liang, B.; Liu, W.-T.; Yuan, Z.; Wu, Y.; Mi, Q.; Liu, Z.; Shen, J.; Wu, S. Resolving and Routing Magnetic Polymorphs in a 2D Layered Antiferromagnet. Nat. Mater. 2025. https://doi.org/10.1038/s41563-024-02074-w.