Nature Physics: 低温恒温器成功助力强磁场拉曼实现单层CrI3中二维磁振子的直接观测

  单层CrI3材料中存在两种自旋波(见图1),一种是面内声学模式,另一种是面外的光学模式。之前文章中理论预计该自旋波隙大约是0.3-0.4 meV(2.4-3.2 cm

  图1. (a-b)单层CrI3材料的两种自旋波,a)面内声学模式,(b)面外光学模式;(c) 单层CrI

  3的低温强磁场拉曼光谱数据,磁场分别为0T, -4T, 4T。图1d数据显示在无磁场时候,由于瑞利光的存在,拉曼光谱无法测到信号,而当施加强磁场时,低波数拉曼可以明显观测到拉曼信号(见图1e,1f)。并且通过分析,证实了测量得到的斯托克斯与反斯托克斯低波数拉曼信号完全符合光学选择定则。

  通过分析拉曼峰随磁场变化的数据(图2a-b),研究者发现拉曼峰位与磁场强度成线性关系,分析表明拉曼信号反应的是二维材料CrI3的磁振子信息。计算得到单层CrI

  图2. (a-b): 单层CrI3拉曼信号随磁场强度关系图。(c): 拉曼信号随温度变化图,磁场为-7T。(d): 单层CrI

  3在6T磁场下的拉曼数据。双层CrI3在强磁场下表现类似铁磁态的单层CrI3,拉曼信号与磁场强度成线b)。通过分析拉曼信号(见图3c)与磁圆二色性 (RMCD)信号,表明双层CrI3在在0.7T左右磁场有反铁磁与铁磁转变。文章中,作者使用了德国attocube公司的attoDRY2100低温恒温器来实现器件在低温度1.65K下通过磁场调控的低温拉曼光学实验。文章实验结果表明CrI3晶体是研究磁振子物理和对称性调控磁性器件的理想候选材料。

  图4:低振动无液氦磁体与恒温器—attoDRY系列,超低振动是提供高分辨率与长时间稳定光谱的关键因素。

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