Nano Select:二维材料的磁光效应及其相关应用的研究进展

磁光效应是指光与具有磁矩的物质的相互作用,因其具有非接触、零能耗、高灵敏度和高时空分辨率等优势在材料表征和光学调制的相关领域有着广泛的应用,如光通信、数据存储、相位调制器、光学隔离器和磁光传感器等。其中具有大光学和磁学各向异性的二维材料为促进磁光效应的发展与提升磁光器件的性能提供了重要基础。首先,二维材料的径厚比远远大于其他维度材料,确保了对径厚比敏感的特定磁光效应的响应;其次,二维材料的物性依赖于其层数与表面性质,确保了磁光效应的可控性;最后,代表性的二维材料石墨烯和过渡金属二硫化物家族具有独特的性质,如石墨烯无质量狄拉克费米子和过渡金属二硫化物的能谷自由度,确保了未来器件发展的无限可能。同时,也因磁光效应的高灵敏度和高准确性,为超薄二维材料物性如磁性和电子结构等提供了一种理想的表征工具。因此,研究二维材料的磁光效应对二维材料物性表征和器件的应用有着重大意义。

近日,清华-伯克利深圳学院刘碧录团队在Nano Select上发表题为“Magneto-optic effect of two-dimensional materials and related applications”的综述性文章,系统总结了近年来基于二维材料对磁光效应的研究进展与其在材料表征与光学调制相关领域的应用。文章首先简要概述了磁光效应的发展和几种代表性二维材料的磁学和光学性质,并系统论述了二维材料在研究磁光效应上的独特优势。随后,深入介绍了基于二维材料的四种代表性的磁光效应,包括法拉第效应、磁光克尔效应、塞曼效应和科顿-穆顿效应。最后,文章展望了二维材料磁光效应的未来研究方向和面临的挑战,并提出了进一步提升磁光性能的可行性解决方案,如增强二维材料的磁性和径厚比有利于对科顿-穆顿效应的研究,以及非线性光学的概念与磁光效应的结合极大程度上提高了器件的磁光性能。作者相信,此项研究将会为基于二维材料的磁光效应的研究拓宽新思路。随着对磁光机制的进一步认知和二维材料结构的设计调控,将会使基于二维材料的器件有着更为广泛的应用。

相关论文在线发表在Nano Select (DOI: 10.1002/nano.202000032)。