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华中科技大学科研团队研究成果揭示二维稀土Er2O2S中的室温磁致圆偏振荧光现象

发布日期:2024年03月21日    浏览次数:1806

   近日,《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc.)期刊在线刊发了我校材料学院、材料成形与模具技术全国重点实验室翟天佑教授和周兴教授团队的最新研究成果“二维稀土Er2O2S中的室温磁致圆偏振荧光”(Room-Temperature Magnetic-Induced Circularly Polarized Photolu-minescence in Two-Dimensional Er2O2S)。

 

  具有自旋极化的二维材料在实现下一代自旋电子应用方面具有巨大潜力。但随着温度的升高,当热能远高于塞曼分裂能时,自旋极化会因热波动而迅速随机化,这导致大多数报道的二维材料只能在极低的温度(<100K)下工作。而实现二维材料在自旋电子器件应用的基本要求是实现其室温自旋极化。为了攻克这一难题,我校材料科学与工程学院翟天佑教授团队从稀土材料的自旋特性出发,采用Sn辅助化学气相沉积法合成了二维稀土Er2O2S,并发现二维稀土Er2O2S具有室温本征磁致圆偏振荧光现象。这意味着二维稀土Er2O2S具有室温自旋极化特性。该研究对推进二维材料在自旋电子学的研究和应用具有非常重要的意义。

 

图1. 二维Er2O2S的合成、结构表征和生长机制

 

  得益于稀土离子Er3+本身丰富的能级结构,二维Er2O2S呈现出有趣的光致发光现象:在532nm激发下,纳米片具有窄而强的发射峰。在磁场下,二维Er2O2S呈现出磁致圆偏振荧光现象。磁场越大,该现象越明显,其geff因子越大。随着温度从10K上升到室温,二维Er2O2S的磁致圆偏振荧光现象可以一直保持。温度依赖拉曼光谱和理论计算证实该反常现象源于二维Er2O2S中的弱电子-声子耦合。

 

图2. 二维Er2O2S的磁致圆偏振荧光的机理研究

 

  我校为该论文第一完成单位,陈萍博士为论文第一作者,周兴教授和翟天佑教授为论文的共同通讯作者。电子科技大学彭波教授等共同参与该项研究工作。该研究受到国家自然科学基金,中央高校基本科研专项资金等资金的资助。