炎炎烈日，也阻擋不了科研人員的步伐！國內再添一篇Nature

【背景介紹】

二次諧波產生（SHG）是將相同頻率的兩個光子轉換成兩倍基頻的一個光子的非線性光學過程。SHG不僅對非線性光學器件非常重要，而且是研究與對稱相關物理現象的有力工具，而這些物理現象在其他方面都具有挑戰性。該方法的優點在于電偶極子近似、SHG不消失的前提下，對反轉對稱性破壞很敏感。因此，對于沒有晶格反轉對稱性的系統，SHG是允許電偶極子的且被認為是時間不變的或i型的過程。在晶格反轉對稱性存在下，若存在一個破壞時空反轉對稱性的磁結構，則也可以允許SHG。這種允許電偶極子的SHG為時間不變或不可逆的，表示為c型。但是c型SHG不常見且往往響應較弱。因此，對于能產生c型SHG的二維（2D）材料的報道非常少。

【成果簡介】

今日，復旦大學的吳施偉教授和美國華盛頓大學的Xiaodong Xu（共同通訊作者）聯合報道了一種雙層CrI₃中出現不可逆、非線性二次光學效應。觀察到的二次諧波產生（SHG）比已知磁化誘導的SHG大幾個數量級，與目前研究的二維非線性光學材料的最佳SHG相當。實驗結果表明，雖然雙層CrI₃的母體晶格是中心對稱但對SHG信號沒有貢獻，但是觀測到的巨大且不可逆SHG僅來源于層狀反鐵磁有序，它破壞了空間和時間反轉對稱性。此外，偏振分辨測量揭示了潛在的C_2h晶體對稱性，從而說明雙層CrI₃是單斜層堆疊，為層狀反鐵磁性的微觀起源提供了關鍵的結構信息。研究成果以題目為“Giant nonreciprocal second-harmonic generation from antiferromagnetic bilayer CrI₃”發表在國際頂級期刊Nature上。

【圖文解讀】

圖一、雙層CrI₃的SHG響應

圖二、分層反鐵磁性的偏振分辨SHG

圖三、探究磁開關和磁疇

圖四、比較雙層CrI₃、塊狀Cr₂O₃與其他2D材料的SHG響應

【小結】

綜上所述，在雙層CrI₃中的層狀反鐵磁性中發現超強的c型SHG。因此，該研究結果突出了應用SHG研究2D反鐵磁性的機會，以及探索原子級厚薄下可能控制的不可逆、非線性光學。總之，SHG是一種高靈敏度的微調磁性探針，為在非線性和不可逆光學器件中使用2D磁體提供了可能性。

文獻鏈接：Giant nonreciprocal second-harmonic generation from antiferromagnetic bilayer CrI₃ (Nature, 2019, DOI: 10.1038/s41586-019-1445-3)

本文由CQR編譯。

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