在二维磁性材料的研究上，一直受到国际科研学者的关注，是最前沿的热点，它们能将自发磁化保持到单原胞层厚度，为人们理解和调控低维磁性提供了新的研究平台，也为二维磁性与自旋电子学器件的研发开辟了新的方向，在新型光电器件、自旋电子学器件等方面有着重要应用价值。
这个领域最大的难题就是反铁磁态由于不具有宏观磁化，材料体系整体对外不表现出磁性，而且样品既薄又小；针对这个难题，复旦大学物理学系吴施伟课题组与华盛顿大学许晓栋课题组合作，在二维磁性材料双层三碘化铬中观测到源于层间反铁磁结构的非互易二次谐波非线性光学响应，并揭示了三碘化铬中层间反铁磁耦合与范德瓦尔斯堆叠结构的关联。相关的科研成果在《Science》期刊上顺利发表，题目为《Giant nonreciprocal second harmonic generation from antiferromagnetic bilayer CrI3》，吴施伟和许晓栋为文章的通讯作者，复旦大学物理学系博士研究生孙泽元和易扬帆为共同第一作者。
在研究过程中，研究人员发现了反铁磁诱导的二次谐波响应，在二维材料的研究和非线性光学领域都具有重要的意义。首先就是独特性，迄今为止二维材料领域所研究的二次谐波大多由晶格结构的对称破缺引起。对称破缺也就是破坏对称性，例如人的左右手原本是镜面对称的，如果一只手指受伤，那么镜面对称就破缺了。而这种由磁结构产生的非互易二次谐波和前者有本质区别，从原理上就十分新颖。
反铁磁材料由于没有宏观的磁矩，对外部的物理激励一般难以产生宏观的可测量的响应，对仅有几个原子层厚的二维反铁磁材料往往无能为力。在过去没有手段去进行解决，但是现在通过二次谐波让我们能够进行观测，这是用经典的方法去研究一个新的领域。
研究团队还发现，双层反铁磁三碘化铬的二次谐波信号相比于过去已知的磁致二次谐波信号（例如氧化铬Cr2O3），在响应系数上有三个以上数量级的提升，比常规铁磁界面产生的二次谐波更是高出十个数量级。利用这一强烈的二次谐波信号，团队得以揭示双层三碘化铬的原胞层堆叠结构的对称性。
吴施伟表示：三碘化铬在高温下属于单斜（monoclinic）晶系，在低温下发生结构相变而变为菱形（rhombohedral）晶系，两者的差别在于范德瓦尔斯作用（一种原子或分子之间的相互作用力，相比于化学键的相互作用，范德瓦尔斯相互作用弱得多）的层间平移。但在寡层极限下，低温下的晶格堆叠结构还存在着争议。团队在实验中使用一束偏振光测量了材料在空间不同方向的极化，通过测量偏振极化的二次谐波信号，发现它与单斜晶格的堆叠结构都具备镜面对称性，这与国际上新近发表的理论计算结果一致，为研究二维材料层间堆叠结构与层间铁磁、反铁磁耦合的关联提供了新的实验证据和研究手段。
反铁磁材料的厚度只有两个原胞层厚度，一般在2nm以下，想要用中子散射去测量基本上就不可能，针对这一问题，团队基于过去多年在二维材料非线性光学研究领域的积累，运用了光学二次谐波这一方法来探测二维磁性材料的磁结构与相关特性。
从起，经过两年的研究，吴施伟团队利用实验室已有的无液氦可变温显微光学扫描成像系统进行了初步测量，由于这个系统没有磁场，很多关键的实验测量受到了限制，为了解决这个问题，吴施伟团队利用一套无液氦室温孔超导磁体，自主研发搭建了一套无液氦可变温强磁场显微光学扫描成像系统，并借助新系统实现强磁场下的光学测量，完成了关键数据的探测。
让我们恭喜吴施伟团队研究的成功，为科学打开了一片新的天地，在这个领域里，我们的物理材料学必然会有新的突破！你们怎么看？欢迎在下方留言！
