質疑：一年前發表于Nature的有序存在于二維材料的Nature論文

2022年5月24日，來自麻省理工學院的Riccardo Comin教授（通訊作者、宋謙（第一作者）等人在Nature雜志上報道多鐵有序可以存在于單層二維中(Ref：Song et al. Nature，2022，602, P 601-606)。如圖1所示，他們使用二次諧波產生(SHG)和線性色性(LD)方法檢測出C2對稱性，作為鐵電極化的證據。

圖1 塊狀NiI2的晶體結構、磁序和光學特性?? 2023 Springer Nature

2023年8月17日，新加坡國立大學仇成偉教授和電子科技大學彭波教授在在 Nature 的 Matters Arising 欄目以“Dilemma in optical identification of single-layer multiferroics”為題發文，通過實驗和理論對上述成果進行了質疑。主要存在的爭議點是Riccardo Comin等人將觀察到的SHG和LD信號歸因于由磁序誘導的空間反演對稱性破缺而不是鐵電極化，因此不能支持單層多鐵性的發現。單憑全光學表征不能作為“鐵電極化”存在的證據，在單層磁序與鐵電極化共存時中尤為明顯。

彭波&仇成偉等人質疑論據主要有以下幾點：

(1) SHG和LD作為鐵電性的間接表征方法，其信號來自空間反演對稱性破缺。然而，磁序可同時打破空間和時間反演對稱性，導致SHG和LD信號，特別是反鐵磁序和非共線磁序。因此，SHG和LD不一定與鐵電極化有關。

(2) 磁序也能通過打破反演對稱性直接導致SHG和LD信號，而無需誘導FE極化。例如雙層反鐵磁CrI₃具有中心對稱的晶體結構，但仍顯示出巨大的電偶極子SHG，觀測到的SHG疇與反鐵磁疇基本一致，兩者對外部磁場的響應是同步的，所以SHG實際上反映的是磁性結構信息，其來自磁序引起的源空間反演和時間反演對稱性破缺。另一個典型的例子是在FePS₃晶體中，在118k時，LD特征發生了急劇的轉變，反鐵磁相變也發生了。宋等人僅使用全光學方法不能排除磁序對光信號的影響，沒有提供單層磁性證據，沒有提供實驗證據證明觀察到的SHG和LD信號與電場的依賴關系，因此無法證明它們是FE疇。最新的報道證明，通過和波長依賴性SHG實驗證據和對稱性分析，NiI₂的SHG信號來自磁序，而不是鐵電極化，并且單層不存在鐵電性（https://arxiv.org/abs/2307.10686）。

(3) 如圖2所示，經過空間(r→?r)或時間反演操作 (t→?t)后，沿傳播矢量Qx的螺旋磁結構破壞了空間反演和時間反演對稱性。實驗結果表明，RMCD和LD地圖具有良好的一致性。在外加磁場作用下，LD疇隨著磁疇變化而同步變化。因此，觀察到的LD信號更有可能來自磁性結構。

圖2:NiI₂的磁序和光疇。a, NiI2的螺旋磁結構示意圖，顯示空間反轉(r→?r)或時間反轉(t→?t)操作。b、在11 K條件下，在10種不同的磁場下，在同一樣品區域測得的8層NiI2樣品的RMCD和LD強度空間成像圖。比例尺，1 μm。c, RMCD和LD測量系統示意圖。NP - BS，非偏振分束器;光彈性調制器。? 2023 Springer Nature

詳情：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06107-3.