研究亮点：
1. 该工作提出了非互易磁光散射效应的物理机制，澄清了磁场对极化张量非对角元对称性破缺的调控行为。
2. 铁磁二维材料CrI3对于实现非互易拓扑光子器件和拉曼激光器件具有重大的潜在价值。
研究背景
1845年，法拉第发现当线偏振光透过放置磁场中的物质后，光的偏振面会发生偏转，这是人类历史上首次观测到磁光效应，即法拉第磁光效应；1876年，克尔发现当线偏振光被磁化物质反射后，其偏振面也发生偏转（克尔效应）；Voigt、科顿和穆顿于1902和1907年分别发现，当线偏振光沿垂直磁场方向传播透过物质时，平行和垂直于磁场方向的线偏振光的相速不同而产生的双折射现象（Voigt效应和科顿-穆顿效应）。纵观磁光效应的历史，在1845-1907年间，透射光、反射光的磁光效应被陆续发现，并在1958年Dillon发现YIG晶体后而得到广泛应用。目前，磁光效应及非互易磁光器件被广泛应用于光纤通讯、磁存储、激光陀螺等领域，是信息技术、集成光学系统中不可或缺的核心器件。
成果简介
近日，《Science advances》发表了题目为“Observation of nonreciprocal magneto phonon effect in nonencapsulated few-layered CrI3”的文章， 彭波，邓龙江，仇成伟联合课题组首次报导了一种基于磁声子散射的二维铁磁非互易磁光效应。非弹性拉曼散射光的偏振面在磁场调控下发生偏转，偏转角比克尔效应高2个数量级。在10 K下，随磁场由+2.5T到-2.5T变化，3L, 5L和 bulk CrI3的非弹性拉曼散射光的偏振面分别由-15o, -8o, -20o旋转到+40o, +35o, +60o。这种非互易现象主要来源于磁场对极化张量的调控，铁磁二维材料CrI3的非对角与对角元素的比值高达 5%，比经典铁磁绝缘体CeYIG至少高1个数量级(Caroline A. Ross, et al. Sci. Rep. 2016, 6, 23640)。相关研究工作于近期连续发表在《Science Advances》、《Nano lett.》。至此，透射光（法拉第效应）、反射光（克尔效应）、散射光的磁光效应均已在实验上被发现和证实。
要点1：CrI3晶体结构
图1. (A) 单层 CrI3晶体结构示意图。(B) 3L CrI3的显微光学照片，光学对比度约为-0.1，与为3层结构一致。(C) 3L, 5L和Bulk CrI3的拉曼光谱。(D) 0T磁场下，3L CrI3 Ag和Eg模式的拉曼散射强度偏振依赖图。(E, F) ±2T磁场下，3L CrI3 Ag模式的拉曼散射强度偏振依赖图。±2T时，偏振角度分别为+40˚ 和-15˚，正负磁场旋转角度的不对称表明了非互易散射性质。
要点2：磁声子非互易散射效应
图2. (A) 5L CrI3 偏振依赖的拉曼散射强度随磁场的变化图，偏振面从-8˚旋转到+35˚，正负磁场旋转角度的不对称表明了非互易散射性质。(B) 10 K下，3L, 5L以及bulk CrI3偏转角度随磁场的依赖关系图。在3L，5L及bulk CrI3中均能观测到非互易现象。(C)偏振轴关系示意图。β 为实验坐标系(xL, yL, zL)与晶轴坐标系 (xC, yC, zC)之间的夹角. θ实验坐标系中非弹性拉曼散射角，B为磁场方向。
要点3：磁-声子散射效应的物理机制
图3. (A-B) 电偶极矩矢量、微分散射截面、坡印廷矢量以及散射方向关系图。在外加磁场的作用下，由于时间反演对称性的破缺，导致极化张量非对角元对称性破缺，进而表现出非互易性。(C) Bulk CrI3 Ag模式散射强度与磁场以及偏振面旋转角的理论计算结果和实验结果一致。(D) Bulk CrI3 Ag模式的旋转角与磁场、g之间的关系图，旋转角随着参数g的减小而增大。
参考文献
1. Liu, Z.; et al. Observation of nonreciprocal magneto phonon effect in nonencapsulated few-layered CrI3. Science Advances. 6, eabc7628 (2020)
https://advances.sciencemag.org/content/6/43/eabc7628.full
2. Fu, W., et al. An anomalous magneto-optic effect in epitaxial indium selenide layers. Nano Lett. 20 5330-5338 (2020). https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c01704
Liu, Z., Deng, L. & Peng, B. Ferromagnetic and ferroelectric two-dimensional materials for memory application. Nano. Res.,
DOI: 10.1007/s12274-020-2860-3 https://link.springer.com/article/10.1007/s12274-020-2860-3