博士生陈俊荧同学在国际知名期刊Small上发表论文

      近日，课题组成员陈俊荧同学在刘老师的指导下，以第一作者在中科院1区TOP期刊Small上发表题为 “Strain-Induced Ferromagnetism and Valley Polarization Enhancement in WSe₂/WSe₂/NiPS₃ Moiré Superlattices”(WSe/WSe/NiPS₃莫尔超晶格中应变诱导的铁磁性与谷极化增强效应)的实验论文。

图：WSe/WSe/NiPS₃莫尔超晶格中应变诱导的铁磁性与谷极化增强效应

     自从人们发现通过机械剥离单层石墨烯可以稳定存在的单层材料以来，二维材料便引起了广泛关注，其物理性质也得到了深入研究。该领域的一个重大突破是“魔角石墨烯”的发现：通过在特定角度下堆叠二维材料可以形成人工的莫尔超晶格结构 。这些结构表现出强烈的平带效应、无序性和超导性，成为凝聚态物理的研究热点。然而，石墨烯的零带隙特性严重限制了其在电子器件中的应用。相比之下，过渡金属硫化物(TMDs)具有显著的带隙，使其双层结构在广泛的扭转角范围内均可维持平带，而不局限于某些“魔角”，从而在实验上更具可实现性 。此外，TMDs 中强自旋轨道耦合提供了拓扑能带调控及自旋和谷自由度光学操控的可能性。因此，围绕 TMD 异质结构与同质结构堆叠形成的莫尔超晶格的物理性质以及其光电调控的研究快速发展 。

     近年来，二维磁性材料因其独特的电子、光学和磁性特性，在自旋电子学、谷电子学、拓扑光子学 以及磁光器件等方面展现出巨大应用潜力。NiPS₃ 是一种范德华反铁磁绝缘体，具有面内磁矩和锯齿状反铁磁序，其尼尔温度约为 150 K，是研究磁近邻效应的理想平台。由 TMD 和 NiPS₃ 构成的异质结构近期已显示出由激子与磁有序之间的近邻效应相互作用驱动的新奇物理现象。尽管 NiPS₃的层间耦合相对较弱从其尼尔温度对厚度的依赖性极小可见一斑，但应变对其磁有序具有显著影响。尽管莫尔超晶格在调控纳米尺度量子态方面至关重要，但目前关于磁性材料对莫尔激子影响的实验研究仍相对有限。目前对莫尔激子的调控主要集中在扭转角、堆叠方式和材料构成上 。近年来，莫尔激子的应变调控引起了广泛关注 。莫尔超晶格中的层间相互作用会产生与结构莫尔图案相对应的周期性原子应变，进而调控层间应力传递 。然而，将人工莫尔超晶格与磁性材料集成以调控莫尔激子的物理特性仍面临挑战。

     在本研究中，我们在硅孔衬底上构建了由扭转双层 WSe₂与 NiPS₃构成的异质结构，旨在探究磁性材料对莫尔激子的影响。低温光致发光(PL)光谱显示，光学微腔边缘显著增强了异质结构中莫尔激子的 PL 强度和光学各向异性。此外，圆孔引入的应变通过调控 NiPS₃的磁有序，在外加磁场下显著增强了莫尔激子的谷极化。我们的研究结果表明，应变和磁性材料在调控莫尔激子性质方面具有巨大潜力，为探索具有独特物理特性的二维材料提供了新思路，并为莫尔超晶格功能特性的进一步优化与拓展提供了新方向。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202502479

学校新闻报道： https://news.csu.edu.cn/info/1003/161518.htm

Comments:

The paper explores the use of moiré superlattices, specifically a heterostructure of twisted bilayer WSe₂ and the antiferromagnet NiPS₃, integrated with an optical microcavity. Moiré superlattices, formed by slight lattice mismatches or rotational misalignment in layered materials, provide a platform to engineer quantum states and control exciton dynamics. The study investigates how this heterostructure, under low-temperature photoluminescence (PL) measurements, exhibits enhanced PL intensity and optical anisotropy in moiré excitons due to the microcavity. The strain modulation at the microcavity edge alters the magnetic ordering of NiPS₃, resulting in a significant enhancement of valley polarization under an external magnetic field. The findings offer a novel approach to combining magnetic order with moiré superlattices, providing potential for advancements in tunable excitonic control for quantum information and photonic applications.