研究前沿：Nat. Mater.-二维磁性半导体，按需层间电子耦合

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当二维 (2D) 材料的单层堆叠成范德华结构时，层间电子耦合可以引入全新的特性，如最近发现的莫尔带，具有高度相关的电子态和类似量子点的层间激子晶格。近日，哥伦比亚大学Xiaoyang Zhu，Xavier Roy和华盛顿大学Xiaodong Xu，Ting Cao在Nature Materials上发文，报道了一种在层状磁性半导体中设计电子和激子效应的磁性方法。在 A 型反铁磁 2D 半导体 CrSBr 中，按需层间电子耦合的磁控制，表现为可调激子跃迁。

图为CrSBr 的结构和光学性能。a图像显示单层 (1L) 的俯视图，双层 (2L) 的侧视图，其中反铁磁AFM 顺序，由红色箭头表示。b可剥离 CrSBr 的光学显微镜图像5 μm， 3L三层和4L四层。c计算得到单层 CrSBr 的准粒子能带，其中多数和少数自旋电子的能带，分别以红色和黑色显示。d以光波长（x 轴）和相对于 ˆb 轴的面内偏振角为函数，双层 CrSBr 微分反射率的二维伪彩色 (-ΔR/R) 图。白色虚线表示沿 ˆa 和 ˆb 轴的极化。e分别来自双层 CrSBr 的差分反射光谱（蓝色，右轴）和 PL 光谱（红色，左轴）与沿 ˆb（实线）和 ˆa（虚线）轴的极化的比较。插图显示了 PL 强度与偏振角的关系。f以PL 光谱作为温度的函数的双层 CrSBr 。每个温度下的光谱强度归一化为其最大值。绿点是峰值位置。白色虚线表示 TN（对于双层 CrSBr），与 PL 峰形的变化一致。d 和 e 中的测量是在 T= 5 K 的样品温度下进行的。图为磁序相关能带结构和激子跃迁。

图为四层 CrSBr 中的磁序相关激子。

当磁序从分层反铁磁基态，转换为场诱导铁磁态时，双层及以上的激子跃迁，可以发生剧烈变化。利用格林函数-Bethe-Salpeter 方程 (GW-BSE)计算表明，这种效应归因于后者中电子和空穴轨道的自旋允许层间杂化。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41563-021-01070-8

https://doi.org/10.1038/s41563-021-01070-8

本文译自”Nature"。