二维磁性材料自2017年被发现以来，已成为物理学及相关领域的研究热点之一。单层二维磁性材料因具有原子级厚度，为研究极限厚度下光与物质相互作用和相关磁光电现象提供了平台；另外，二维磁性材料因具有层状结构，可与其他材料形成范德华接触，为构建种类丰富的高性能磁光电器件提供了可能，在下一代信息技术领域具有广阔的发展前景。

二维磁性半导体碘化铬（CrI3）具有独特而有趣的物理性质，例如：单层表现为铁磁性，而多层表现为反铁磁性，且其易磁化轴垂直于层面，因此可以通过控制CrI3的层数实现不同功能的磁光电器件。

最近，中心戴伦教授课题组与中国人民大学季威教授等合作，制备了基于石墨烯-CrI3-石墨烯范德华异质结构的旋光性探测器（图1），并在不同的磁场和温度下，分别研究了单层和多层CrI3器件在不同手性（左旋或右旋）圆偏振光照下的光电流性质。在不同的CrI3磁化状态下，该探测器在左/右旋圆偏振光照下的光响应行为明显不同；反射磁圆二色性（reflective magnetic circular dichroism, RMCD）谱测量结果表明，磁化后的CrI3对左旋、右旋圆偏振光的吸收率有明显差异。因此，在磁场调控下，随着CrI3磁化状态的改变，器件对两种手性圆偏振光的光响应偏振度（由两种手性光照下不同的光响应度决定）也发生相应改变（图2）。此外，在较高偏压下，单层和多层器件都出现了奇异的负光电流现象。研究团队详细研究了器件在光照下的隧穿电流性质，对该现象提出一种可能的解释。该研究揭示了CrI3磁性及其光电性质间的相互作用，为开发新型自旋光电器件提供了途径。

图1基于石墨烯-CrI3-石墨烯范德华异质结构的旋光性探测器

a.旋光性探测器结构示意图；b.单层CrI3旋光性探测器光学照片；c.不同磁化状态的单层CrI3在左旋、右旋圆偏振光照下的光电流之差，其中红色和蓝色分别表示向上和向下磁化的CrI3

图2器件对两种手性圆偏振光的光响应偏振度随着CrI3磁化状态改变而发生变化

a.单层CrI3旋光性探测器的光响应偏振度随磁场的变化（内插图为单层CrI3的RMCD谱，表明其具有铁磁性）；b.多层CrI3旋光性探测器的光响应偏振度随磁场的变化（内插图为多层CrI3的RMCD谱，表明其具有反铁磁性）

2021年11月25日，相关研究成果以“基于二维磁性半导体碘化铬的旋光性探测器”（Light helicity detector based on 2D magnetic semiconductor CrI3）为题，在线发表于《自然·通讯》（Nature Communications）；北京大学2018级博士研究生成星为第一作者，戴伦为通讯作者。

上述研究工作得到国家自然科学基金、纳光电子前沿科学中心等支持。

论文原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-021-27218-3