博士生李少菲同学在国际Top期刊ACS Nano上发表论文

    近日，课题组成员李少菲同学在刘老师的指导下，以第一作者在国际TOP期刊ACS Nano(IF=16))上发表题为 “Interfacial Magnetic Coupling and Valley Exciton Control in Double Proximity MoS₂ Heterostructures”(双磁性近邻效应 MoS₂ 异质结中的界面磁耦合与谷激子操控)的实验论文。

图：双磁性近邻效应 MoS₂异质结中的界面磁耦合与谷激子操控

   二维过渡金属硫属化合物(TMDCs)因其独特的光学与电子特性，被认为是新一代信息处理技术的重要候选平台。在单层 TMDCs(如 MoS₂)中，±K 点的不等价能谷可以通过圆偏振光选择性激发，从而实现对谷自由度的有效调控，为谷电子学器件的发展奠定了基础。磁性邻近效应(MPE)通过在界面诱导交换场来打破时间反演对称性并解除谷简并，因而为调控 TMDCs 中的谷态提供了一条非侵入式途径。与化学掺杂不同，MPE 能够保持二维材料的本征特性，并已被证明可驱动一系列物理现象，包括谷 Zeeman 劈裂、谷极化中的圆二色性以及自旋依赖的电荷转移。多种磁性绝缘体——如钇铁石榴石(YIG)、EuO、CrBr₃/I₃ 和 Cr₂Ge₂Te₆——均已展现出通过邻近耦合调控 TMDCs 激子行为的能力。

    尽管已有诸多进展，目前的研究大多集中于单一磁性界面效应，而对双磁性界面体系，尤其是铁磁(FM)与反铁磁(AFM)层的耦合调控机制，仍缺乏系统探索。此类复杂异质结构可能孕育非平凡的界面磁相互作用，从而对谷极化和相干性产生协同或竞争效应。因此，深入理解多重磁性邻近效应之间的相互作用，对于推动多功能二维异质结构的设计具有重要意义。

    在本工作中，我们构建了由 CrOCl(AFM)–MoS₂–YIG(FM)组成的三层异质结构，旨在研究双磁性邻近界面对MoS₂ 谷分辨光学性质的耦合影响。研究发现，当 CrOCl 处于反铁磁态时，MoS₂ 激子的谷极化与 Landé g 因子均显著减弱；而当 CrOCl 转变至顺磁态时，谷响应则得到部分恢复。本研究表明，双磁性邻近耦合能够有效调控二维材料中的谷激子，为实现磁可调控的谷电子学与自旋-光电子器件提供了一种新策略。

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.5c10540

• News/Press Release Highlight:

Researchers Harness Dual Magnetic Interfaces to Control Valley Excitons in MoS₂

A team of scientists has unveiled a novel strategy to manipulate quantum states in two-dimensional semiconductors by harnessing dual magnetic proximity effects. In a newly designed heterostructure composed of CrOCl (antiferromagnet)–MoS₂–YIG (ferromagnet), the researchers discovered rich interfacial phenomena that open new opportunities for spin–valley control in next-generation quantum devices.

The study shows that the CrOCl layer introduces strong p-type doping in MoS₂, leading to an unprecedented 14-fold enhancement of photoluminescence efficiency at cryogenic temperatures. Magneto-optical measurements revealed that the valley excitons in MoS₂ exhibit remarkable sensitivity to the magnetic ordering of CrOCl, exposing a competition between antiferromagnetic and ferromagnetic proximity interactions.

Moreover, symmetry breaking at the CrOCl–MoS₂ interface induced strong exciton linear polarization, with the polarization axis tunable by as much as 90° under magnetic fields. This striking behavior reflects the synergistic interplay between valley coherence and the Faraday effect.

By demonstrating how dual magnetic interfaces can cooperatively and competitively reshape valley exciton properties, this work provides a powerful platform for magnetically reconfigurable valleytronic and spin-optoelectronic devices.