博士生谢兴同学在国际纳米权威期刊Nano Research上发表论文

博士生谢兴同学在国际纳米权威期刊Nano Research上发表论文

       近日，课题组博士生谢兴同学在刘老师的指导下，以第一作者在国际纳米权威期刊《纳米研究》(Nano Research，影响因子9.5)上发表题为“Surface Plasmon Polariton-Enhanced Exciton-Mediated Magnetic Proximity Effect in Twisted CrOCl/CrOCl/WSe₂ Heterostructures”(转角 CrOCl/CrOCl/WSe₂ 莫尔超晶格中的表面等离激元增强的激子介导磁近邻效应)的实验论文。

图：转角 CrOCl/CrOCl/WSe₂ 莫尔超晶格中的表面等离激元增强的激子介导磁近邻效应  

           磁近邻效应描述了磁性材料通过界面耦合将磁矩与磁有序传递至非磁性材料的过程，从而深刻影响非磁性材料的物理性质。这一相互作用避免了缺陷的引入，并赋予界面材料新的功能。以优异界面匹配性著称的范德华(vdW)材料，为实现和调控短程磁近邻相互作用提供了理想平台。通过异质界面相互作用，磁性材料能够打破过渡金属硫族化合物(TMDs)的时间反演对称性，改变其谷简并性、塞曼劈裂以及谷极化特性。具有Ⅱ型能带排列的磁性/TMDs异质结构能够实现自旋选择性的电荷转移，该转移受磁有序方向控制，从而产生类磁性谷极化效应。这些相互作用为自旋电子学与谷电子学器件的性能提升提供了重要潜力。

       尽管磁近邻效应在应用前景上具有吸引力，但其研究仍受到磁性/TMDs异质结构中光学信号较弱的限制，尤其是在具有暗态最低跃迁能级的材料(如WSe₂和WS₂)中。高自旋允许能级导致电子集中在暗态能级，使得低温下明态激子的发射强度大幅降低。此外，缺陷、电荷掺杂以及能带排列等因素还会导致明态激子转化为局域态或发生非辐射跃迁，进一步削弱其发射强度。因此，提升激子发射强度并改善其峰特性，对于通过磁-光相互作用探索磁近邻效应至关重要。**表面等离激元(SPP)**为此提供了有效途径：其能够放大激光的电场强度，提高光致发光(PL)量子产率并增强激子发射强度。这一方法能够抵消由暗化机制引起的明态激子强度减弱。通过将金属表面和纳米腔体与TMDs耦合，可实现显著的PL增强——在WSe₂中增强幅度可达18000倍，充分体现了SPP在激子发射增强方面的有效性。

      在本研究中，我们探索了由CrOCl或扭转90°-CrOCl/CrOCl与单层WSe₂组成，并集成金纳米柱的异质结构中的磁近邻效应。实验结果显示，中性激子(Xₐ)在CrOCl/WSe₂异质结构(HS)和90°-CrOCl/CrOCl/WSe₂扭转异质结构(THS)中，其PL强度在金纳米柱上的增强因子分别达到5倍和18倍，相较无金纳米柱时表现出更窄的谱带宽度和更清晰的峰特征。在HS/Au和THS/Au中的增强因子均表现出磁场与温度依赖性：随磁场和温度升高而减弱，但依然保持显著(在9 T和300 K时，THS/Au中的增强仍分别约为11倍和10倍)。这些增强现象揭示了与单层WSe₂相比，异质结构中由磁近邻效应驱动的更大g因子以及改变的谷间弛豫路径。此外，场增强模拟与第一性原理计算进一步揭示了厚度依赖的电场增强与激子发射减弱机制。研究结果表明，SPP效应能够有效增强激子发射，从而促进磁性异质界面耦合的深入研究。

 论文链接：

Comments:

The manuscript presents a compelling study on enhancing the exciton-mediated magnetic proximity effect in CrOCl/WSe₂ heterostructures through surface plasmon polariton (SPP) coupling enabled by Au nanopillar arrays. The authors successfully address a key challenge in probing magnetic proximity interactions in TMD-based systems—namely, the intrinsically weak photoluminescence signal caused by dark-state exciton dynamics. By achieving substantial enhancement of neutral exciton emission (up to 18-fold in twisted heterostructures), even under high magnetic fields and room temperature, the work convincingly demonstrates the viability of plasmonic amplification for magneto-optical studies.

The combination of experimental photoluminescence spectroscopy, finite-element simulations, and first-principles calculations provides a solid foundation for the conclusions. The observation of pronounced Zeeman splitting and modified intervalley relaxation pathways is particularly significant, offering new insights into exciton–magnon coupling and interface-driven quantum phenomena.