二维光谱与磁光课题组围绕二维材料及其构成的异质结构开展光谱学及磁学方面的研究。通过对二维晶体进行系统性光学研究，从原子角度理解光、电、磁的相互作用，揭示纳米尺度体系中新的物理现象。
研究方向主要包括:
(1)二维半导体与磁性材料构筑
以具有不同性质的范德华晶体为基础，孤立的原子层也可以在不受晶格匹配约束的条件下，通过精确选择与设计被重新组装成具有理想功能的异质结构。我们将选取二维半导体、二维磁体以及其他具有不同性质的二维材料，通过垂直堆叠制备具有不同物性的全新的人工异质结构。通过这样的材料设计与构筑方法，我们既能够将原本多种组分中各自具备物性结合到全新的异质结构中，还有望通过对层间耦合进行细微调控诱导出异于各单种组分物质的全新物态，为揭示二维体系下新的物理现象提供良好的平台。
(2)二维光谱与磁光效应研究
限于其原子级别的厚度，二维材料的物理性质通常难以被精准地测量，而光学方法则提供了一种高灵敏且无损的检测方法，并被广泛运用在二维材料的物性研究中。在本课题中，我们将研究二维体系下光子与物质中多种粒子和准粒子的相互作用，并使用稳态光谱和磁光学技术探索二维材料中的光学过程、电荷载流子行为、电子自旋状态及其相关动力学。理解物态形成机理和调控规律，以实现对材料中多种物态的光学检测与调控。
代表性工作：
1. X. Wang*, J. Cao, H. Li, Z. Lu, A. Cohen, A. Haldar, H. Kitadai, Q. Tan, K. S. Burch, D. Smirnov, W. Xu, S. Sharifzadeh, L. Liang, and X. Ling*, “Electronic Raman scattering in the 2D antiferromagnet NiPS3”, Sci. Adv. 8(2), eabl7707 (2022)
2. X. Wang*, J. Cao, Z. Lu, A. Cohen, H. Kitadai, T. Li, Q. Tan, M. Wilson, C. H. Lui, D. Smirnov, S. Sharifzadeh, and X. Ling*, “Spin-Induced Linear Polarization of Photoluminescence in Antiferromagnetic van der Waals Crystals”, Nat. Mater. 20, 964–970 (2021)
(3)低维系统下的声子物理与自旋-声子耦合
声子是晶格振动的量子化表征，作为第一个被引入物理学中“准粒子”，它可以与物质中多种粒子与准粒子进行丰富的相互作用，并引发了众多的物理新概念，包括声子带隙晶体、拓扑能带、压缩相干态、声子自旋等。在本课题中，我们关注的是二维材料中的自旋-声子耦合，并系统性研究二维体系下声子对二维长程磁序的稳定性和材料的时间/空间对称性的影响，同时也对二维体系下的磁声诱导的新奇物理现象进行探索。
代表性工作：
1. N. Mao#, X. Wang#, Y. Lin, B. G. Sumpter, Q. Ji, T. Palacios, S. Huang, V. Meunier, M. S. Dresselhaus, W. A. Tisdale, L. Liang*, X. Ling*, and J. Kong*, “Direct Observation of Symmetry-Dependent Electron-Phonon Coupling in Black Phosphorus”, J. Am. Chem. Soc. 141(48), 18994-19001 (2019)
2. X. Wang#, N. Mao#, W. Luo, H. Kitadai, and X. Ling*. “Anomalous Phonon Modes in Black Phosphorus Revealed by Resonant Raman Scattering”, J. Phys. Chem. Lett. 9(11), 2830-2837 (2018)
3. X. Wang#, K. Du#, Y. Y. F. Liu, P. Hu, J. Zhang, Q. Zhang, M. H. S. Owen, X. Lu, C. K. Gan, P. Sengupta, C. Kloc, and Q. Xiong*, “Raman Spectroscopy of Atomically Thin Two-Dimensional Magnetic Iron Phosphorus Trisulfide (FePS3) Crystals”, 2D Mater. 3(3), 031009 (2016)
(4)新型反铁磁性器件与自旋光电器件开发
由于二维反铁磁性材料具有太赫兹共振、多能级和无杂散场等优点，以其为基础的反铁磁性器件被认为下一代磁性存储与传感器件发展方向之一。而不同于大多数二维半导体材料，二维反铁磁体中的电子元激发与自旋结构相互作用的研究在很大程度上还未被探索，而这在使用光学、电学方法探测和控制材料磁序有着很大的潜力。在本课题中，我们将结合光场、电场、磁场和温度等多种外场手段对二维反铁磁性材料进行基础层面的物理研究与探索，旨在实现对包括本征磁性在内的多种物态的有效探测与调控，力争实现从基础科学研究到产业应用的突破。
