博士生谢兴同学在国际Top期刊ACS Nano上发表论文

       近日，课题组成员谢兴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 “Dynamic Control of Heterointerface Coupling in Magnetic van der Waals Heterostructures via Pressure Engineering”(磁性范德华异质结构中异质界面耦合的压力工程动态调控)的实验论文。

图：磁性范德华异质结构中异质界面耦合的压力工程动态调控

        范德华(vdW)材料及其异质结构因其高度可调控性，已成为探索量子现象和先进光电功能的重要平台。这一优势源于可通过层数、堆垛方式以及扭转角对电子能带结构进行精细工程调控。层间耦合是实现这一多样性的核心因素，它不仅能够重整各单层材料的本征性质，还能在异质结构中诱导出单一组分中所不存在的涌现现象，例如层间激子、邻近效应以及新型各向异性等。

       发展稳定且连续可调的层间耦合调控手段，对于进入新的物理调控区域至关重要。由于层间耦合对层间距极为敏感，静水压力提供了一种洁净、可逆且普适的调控参数。压力已被广泛用于增强vdW体系中的轨道重叠，从而引发振动谱的变化、磁性转变，并为调控扭转双层中的莫尔势及关联效应提供了有力途径。在vdW异质结构中，压缩同样可以增强异质界面耦合，并引发显著的物性变化，包括层内激子向层间激子的转变、能带结构重构以及层间激子复合过程的加速。尽管已有这些进展，受压条件下异质界面耦合的微观演化机制及其对邻近效应的影响仍缺乏深入理解，尤其是在磁性异质结构中，压力调控的磁性邻近效应仍鲜有系统研究。

     在本工作中，我们表明，压力与异质界面耦合作用协同，可在单层(1L)过渡金属二硫族化合物(TMDs)中实现电子结构、激子发射及电子–声子相互作用的多阶段调控。作为模型体系，我们构建了单层WSe₂与室温铁磁材料Fe₃GaTe₂的异质结构，后者具有面外磁有序，并在高压条件下系统研究其光学响应。实验结果表明，单层WSe₂的激子能量随压力呈现非常规的抛物线型演化，同时其光致发光(PL)强度表现出由快速衰减向缓慢变化的明显转变。在更高压力下(约5.4 GPa)，出现新的低能发射峰，并随进一步加压发生红移。第一性原理计算表明，这一异常PL位移源于压力驱动的辐射通道重构，其本质是K谷与Q谷之间的能谷交叉；而低能峰则被归因于由压力增强的电子–声子耦合所激活的K–Q激子声子边带。

     更为重要的是，异质界面耦合能够重塑单层WSe₂中的势能景观，并增强与激子复合相关的电子–声子相互作用，从而推动激子跃迁的提前发生并促进声子边带的出现。结合展开的压力依赖能带结构计算结果可以发现，该异质结构加速了K谷与Q谷之间的交叉过程，相较于孤立的单层WSe₂，更早实现由直接带隙向间接带隙激子的转变。综上，这些结果表明，基于压力调控的异质界面工程为研究邻近效应提供了一种有效手段，并为在TMD器件中协同调控激子与声子相关性质开辟了新路径。

文章链接：

• News/Press Release Highlight:
  

Pressure Unlocks Dynamic Control of Interlayer Coupling in Magnetic van der Waals Heterostructures

A new study demonstrates how external pressure can be harnessed to finely tune heterointerface interactions in magnetic van der Waals (vdW) heterostructures, paving the way for next-generation quantum and optoelectronic devices.

Researchers have explored a heterostructure composed of monolayer WSe₂ stacked on the room-temperature ferromagnet Fe₃GaTe₂ and revealed that applying pressure induces remarkable changes in excitonic behavior. Photoluminescence spectroscopy shows an unusual energy-shift transition in excitons and the appearance of a low-energy feature under elevated pressures. These effects are strongly mediated by interlayer coupling at the heterointerface.

First-principles calculations indicate that the exciton energy shift arises from a pressure-driven change in the dominant radiative pathway, switching from K–K to K–Q transitions, while the low-energy feature originates from a phonon sideband enhanced by electron–phonon interactions. Enhanced interlayer coupling accelerates the direct-to-indirect exciton crossover and amplifies electron–phonon interactions, explaining the observed spectral changes.

This work establishes a versatile, pressure-enabled strategy for dynamically modulating excitonic and vibronic responses in vdW heterostructures. By offering precise control over interlayer interactions, the study provides a practical framework for engineering high-performance quantum materials and optoelectronic devices with tunable functionalities.