CN114018297A - 一种基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器 - Google Patents

一种基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器 Download PDF

Info

Publication number
CN114018297A
CN114018297A CN202111297848.1A CN202111297848A CN114018297A CN 114018297 A CN114018297 A CN 114018297A CN 202111297848 A CN202111297848 A CN 202111297848A CN 114018297 A CN114018297 A CN 114018297A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cri
sio
ferromagnetic
dimensional
magnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111297848.1A
Other languages
English (en)
Inventor
彭波
陈志勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN202111297848.1A priority Critical patent/CN114018297A/zh
Publication of CN114018297A publication Critical patent/CN114018297A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/16—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying resistance

Abstract

本发明属于磁光电子器件领域，具体涉及一种基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器，其结构由下至上依次为基底、二维铁磁CrI3和SiO2微球腔，二维铁磁CrI3和SiO2微球腔构建了CrI3/microsphere结构，利用微球腔的透镜作用和增强屏蔽效应从而增强增益区域与光学模式之间的耦合，提高二维铁磁CrI3的自发辐射效率和荧光强度，近而实现了近红外回音壁模式发光的磁场控制和编码，其具有良好的稳定性和可重复性。本发明采用铁磁二维材料来制造磁敏感元件，使得磁编码器更小型化、集成化和低成本；为利用铁磁二维材料耦合微球腔制备磁编码光子集成芯片奠定了基础，为磁存储、光子芯片和磁编码等领域提供了广阔的发展前景。

Description

一种基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器
技术领域
本发明属于磁光电子器件领域，具体涉及一种基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器。
背景技术
随着信息技术的快速发展，对物体运动位移、方向和振幅检测的要求不断提升。磁编码器是一种将机械运动中位移、振幅、方向和角度等物理量转变为数字信号的仪器，常应用于物体的位置检测等自动化控制领域。
在现有的磁编码器的研究中，常利用充磁磁极作为磁敏感元件，通过磁敏感元件来感知空间磁场变化而产生的磁电阻效应，来测量运动物体的方向变化。然而，对于现有的磁编码器存在一个显著的制约，即使用磁阻元件和霍尔元件作为磁敏感元件，制造工艺复杂、成本过高、体积较大以及不能实现多波长的三态编码。
由于传统的磁敏感元件结构复杂、生产成本高、尺寸较大等原因，使其应用领域较狭窄，不利于当前时代电子器件可集成、小型化的需求，难以集成到光子芯片上。因此，现有的磁编码器急需一种结构简单、成本低和小尺寸的磁敏感元件，以及能够实现多波长的三态编码。
发明内容
针对上述存在问题或不足，为解决现有磁编码器存在制造工艺复杂、成本过高、体积较大、不能实现多波长的三态编码以及不易集成的技术问题；本发明提供了一种基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器，利用二维铁磁CrI3的磁序与发光的耦合，实现了磁场调控回音壁模式(WGM)振荡峰和编码，基于磁序和激子耦合进行信息处理和传输，为集成光子芯片的发展提供了基础。
一种基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器，其结构由下至上依次为基底、二维铁磁CrI3和SiO2微球腔。
所述SiO2微球腔的直径为0.2-100um，二维铁磁CrI3厚度为1nm-100um，两者构建了二维铁磁CrI3耦合SiO2微球腔的CrI3/microsphere垂直增益结构。
进一步的，所述基底为硅/二氧化硅(Si/SiO2)。
上述基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器，其制备方法如下：
步骤1、将少层CrI3通过原位定点转移在基底的目标区域；
步骤2、然后将SiO2微球腔转移到少层CrI3上。
进一步的，所述步骤1中少层CrI3在块体CrI3上通过机械剥离获得。
进一步的，所述步骤1中少层CrI3通过原位定点转移至基底的目标区域具体过程为：
首先：将少层CrI3转移至聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜上，以PDMS薄膜作为转移介质，少层CrI3与基片的粘附力大于少层CrI3与PDMS薄膜的粘附力。
然后：使用二维材料转移平台，采取原位定点的方法再将少层CrI3样品地转移至基底的目标区域。
进一步的，所述步骤2中将SiO2微球腔转移到少层CrI3上的具体过程为：
首先：取SiO2微球腔溶液滴在基片上，加热烘干得SiO2微球腔，加热温度为80-100℃，加热时间为30-60min。
然后：将所得SiO2微球腔转移到PDMS薄膜上。
最后：采用原位定点转移的方法将PDMS薄膜上的SiO2微球腔转移到少层CrI3上。
目前为止，很少有二维范德华磁性材料显示出发光和激子特性，也没有实现光致发光(PL)的磁编码。CrI3的PL来自配位场所允许的d-d电子跃迁，产生非常宽的PL峰，半峰宽为100-200nm，这极大地限制了其在磁光电子器件的应用；另外，在反铁磁NiPS3中，由于其临界场高达10T，导致利用磁场和电场来操控其自旋磁矩的翻转极其困难。
在本发明的CrI3/microsphere结构中，圆偏振的WGM PL与CrI3的磁序相耦合，在0-1T的面外磁场作用下，右旋偏振的WGM PL占优势；在0--1T的面外磁场作用下，左旋偏振的WGM PL占优势；通过+1～-1T之间的循环磁场操纵每个WGM振荡峰的螺旋度和强度差来实现多波长编码。
本发明通过先把机械剥离的少层CrI3通过原位定点转移在衬底上，再将SiO2微球腔转移到CrI3上，利用微球腔的透镜作用和增强屏蔽效应从而增强增益区域与光学模式之间的耦合，提高二维铁磁CrI3的自发辐射效率和荧光强度，近而实现了近红外回音壁模式(WGM)发光的磁场控制和编码，其具有良好的稳定性和可重复性。通过利用外加磁场调控的方式，使磁序在铁磁性和反铁磁性间变换，这为利用磁光耦合进行信息的传输和编码提供了基础；因此本发明采用铁磁二维材料来制造磁敏感元件，使得磁编码器更小型化、集成化和低成本；为利用铁磁二维材料耦合微球腔制备磁编码光子集成芯片奠定了基础，为磁存储、光子芯片和磁编码等领域提供了广阔的发展前景。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为实施例CrI3/microsphere结构产生的螺旋PL的可逆磁控和编码测试图。
图3为实施例通过+1～-1T之间的循环磁场操纵实现多波长编码的测试图。
具体实施方式
下面根据附图和具体实验过程对本发明做进一步详细说明。
本实施例采用二维铁磁CrI3作为光学增益介质，构建了二维铁磁CrI3耦合SiO2微球腔垂直增益结构，如图1所示，基于CrI3/microsphere结构产生的WGM PL，通过外加磁场可操控每个WGM振荡峰的螺旋度来实现多波长编码。
整个器件由下至上包括Si/SiO2基底、二维铁磁CrI3和SiO2微球腔，其中SiO2微球腔的直径为0.2-100um，二维铁磁CrI3厚度为1nm-100um。其制备方法如下：
步骤1、选用Si/SiO2基片作为基底，用金刚石刀切割成1*1cm2大小，切好的基片经氧离子轰击以清洁基片表面。
步骤2、用蓝胶带在块体CrI3上剥离出少层CrI3样品，然后将样品转移至PDMS薄膜上，PDMS薄膜作为转移介质，其与样品的粘附力小于样品与硅基片的粘附力。
步骤3、使用二维材料转移平台，采取原位定点的方法将步骤2所得少层CrI3样品地转移至Si/SiO2基底的目标区域。
步骤4、用试管取SiO2微球腔溶液滴在另一Si/SiO2基片上，放置于加热台上加热烘干得SiO2微球腔，加热温度为90℃，加热时间为50min。
步骤5、将步骤4所得SiO2微球腔转移到PDMS薄膜上。
步骤6、采用原位定点转移的方法将步骤5所得SiO2微球腔转移到步骤3所得少层CrI3样品上。
本实施例制备了基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器件，如图1所示，SiO2微球腔与二维铁磁CrI3耦合产生窄而强的WGM振荡峰，WGM PL与SiO2微球腔之间的耦合遵循角动量守恒定律，WGM PL的螺旋度与基态电子的自旋有关，自旋态与CrI3的磁序相关。因此，在面外的正磁场作用下，向上自旋态占主导地位并吸收右旋偏振光，主要激发右旋偏振光，反之，在面外负磁场作用下，主要激发左旋偏振光。
本实施例的CrI3/microsphere结构产生的螺旋PL的可逆磁控和编码如图2和图3所示。通过施加一个+1T～-1T间的循环磁场来研究WGM PL的多波长磁编码。右旋光激发右旋收集(RR)和左旋光激发左旋收集(LL)的强度差定义为ΔI，在976、995、1020、1045和1070nm处出现了明显的窄幅振荡峰，五个不同波长的ΔI在+1T和-1T时是相反的，比0T时大得多，这为通过磁场的开/关操控三态编码提供了基础。图2B显示了10次循环的多波长磁编码，表现出较好的可控性和重复性。
通过上述实施例可见，本发明的基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器件，通过SiO2微球腔的透镜效应和增强屏蔽效应提高了CrI3的自发发射效率，产生了与CrI3磁序相耦合的WGM振荡峰，施加+1～-1T之间的循环磁场操控每个WGM振荡峰的螺旋度和强度差可有效实现多波长编码。并由于采用铁磁二维材料来制造磁敏感元件，使得磁编码器更小型化、集成化和低成本；为利用铁磁二维材料耦合微球腔制备磁编码光子集成芯片奠定了基础，为磁存储、光子芯片和磁编码等领域提供了广阔的发展前景。

Claims (6)

1.一种基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器，其特征在于：其结构由下至上依次为基底、二维铁磁CrI3和SiO2微球腔；
所述SiO2微球腔的直径为0.2-100um，二维铁磁CrI3厚度为1nm-100um，两者构建了二维铁磁CrI3耦合SiO2微球腔的CrI3/microsphere垂直增益结构。
2.如权利要求1所述基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器，其特征在于：所述基底为硅/二氧化硅。
3.权利要求1所述基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将少层CrI3通过原位定点转移在基底的目标区域；
步骤2、然后将SiO2微球腔转移到少层CrI3上。
4.如权利要求3所述基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器的制备方法，其特征在于：所述步骤1中少层CrI3在块体CrI3上通过机械剥离获得。
5.如权利要求3所述基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器的制备方法，其特征在于：
所述步骤1中少层CrI3通过原位定点转移至基底的目标区域具体过程为：
首先：将少层CrI3转移至聚二甲基硅氧烷PDMS薄膜上，以PDMS薄膜作为转移介质，少层CrI3与基片的粘附力大于少层CrI3与PDMS薄膜的粘附力；
然后：使用二维材料转移平台，采取原位定点的方法再将少层CrI3样品地转移至基底的目标区域。
6.如权利要求3所述基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器的制备方法，其特征在于：
所述步骤2中将SiO2微球腔转移到少层CrI3上的具体过程为：
首先：取SiO2微球腔溶液滴在基片上，加热烘干得SiO2微球腔，加热温度为80-100℃，加热时间为30-60min；
然后：将所得SiO2微球腔转移到PDMS薄膜上；
最后：采用原位定点转移的方法将PDMS薄膜上的SiO2微球腔转移到少层CrI3上。
CN202111297848.1A 2021-11-04 2021-11-04 一种基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器 Pending CN114018297A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111297848.1A CN114018297A (zh) 2021-11-04 2021-11-04 一种基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111297848.1A CN114018297A (zh) 2021-11-04 2021-11-04 一种基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114018297A true CN114018297A (zh) 2022-02-08

Family

ID=80061059

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111297848.1A Pending CN114018297A (zh) 2021-11-04 2021-11-04 一种基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114018297A (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1102285A2 (en) * 1999-10-27 2001-05-23 Minebea Co., Ltd. Magneto-optical member
WO2002023638A2 (en) * 2000-09-12 2002-03-21 Cambridge University Technical Services Ltd An optically addressed spin-polarised diode
US20040007169A1 (en) * 2002-01-28 2004-01-15 Mitsubishi Chemical Corporation Semiconductor nanoparticles and thin film containing the same
JP2012009795A (ja) * 2010-06-28 2012-01-12 Taiyo Yuden Co Ltd 磁性薄膜及び磁気デバイス
US20160076156A1 (en) * 2014-09-15 2016-03-17 Calera Corporation Electrochemical systems and methods using metal halide to form products
CN106555166A (zh) * 2016-11-18 2017-04-05 北京航空航天大学 一种超薄膜制备、界面表征及调控集成系统及应用方法
RU2620026C1 (ru) * 2015-12-01 2017-05-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Способ модуляции интенсивности электромагнитного излучения с помощью магнитоплазмонного кристалла
WO2018116048A1 (fr) * 2016-12-09 2018-06-28 Universite De Technologie De Troyes Procédé d'intégration de matériaux 2d sur un substrat nanostructure, film mince suspendu de matériaux 2d et utilisations associes
US20200264248A1 (en) * 2017-10-13 2020-08-20 University Of Washington Magnetic tunnel barriers and related heterostructure devices and methods
CN111732128A (zh) * 2020-07-04 2020-10-02 湘潭大学 二维四方铁磁材料及其制备方法、存储单元及调控存储单元识别存储数据的方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1102285A2 (en) * 1999-10-27 2001-05-23 Minebea Co., Ltd. Magneto-optical member
WO2002023638A2 (en) * 2000-09-12 2002-03-21 Cambridge University Technical Services Ltd An optically addressed spin-polarised diode
US20040007169A1 (en) * 2002-01-28 2004-01-15 Mitsubishi Chemical Corporation Semiconductor nanoparticles and thin film containing the same
JP2012009795A (ja) * 2010-06-28 2012-01-12 Taiyo Yuden Co Ltd 磁性薄膜及び磁気デバイス
US20160076156A1 (en) * 2014-09-15 2016-03-17 Calera Corporation Electrochemical systems and methods using metal halide to form products
RU2620026C1 (ru) * 2015-12-01 2017-05-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Способ модуляции интенсивности электромагнитного излучения с помощью магнитоплазмонного кристалла
CN106555166A (zh) * 2016-11-18 2017-04-05 北京航空航天大学 一种超薄膜制备、界面表征及调控集成系统及应用方法
WO2018116048A1 (fr) * 2016-12-09 2018-06-28 Universite De Technologie De Troyes Procédé d'intégration de matériaux 2d sur un substrat nanostructure, film mince suspendu de matériaux 2d et utilisations associes
US20200264248A1 (en) * 2017-10-13 2020-08-20 University Of Washington Magnetic tunnel barriers and related heterostructure devices and methods
CN111732128A (zh) * 2020-07-04 2020-10-02 湘潭大学 二维四方铁磁材料及其制备方法、存储单元及调控存储单元识别存储数据的方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KAI GUO 等: "Layer dependence of stacking order in nonencapsulated few-layer CrI3", 《SCIENCE CHINA MATERIALS》 *
MI 等: "Tuning Excitonic Properties of Monolayer MoS2 with Microsphere Cavity by High-Throughput Chemical Vapor Deposition Method" *
严英占等: "锥形光纤倏逝场激发微球腔高Q模式", 《中国激光》 *
郭锴: "磁性二维材料CrI3的光学特性研究" *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mashford et al. All-inorganic quantum-dot light-emitting devices formed via low-cost, wet-chemical processing
Ren et al. Tuning magnetism and photocurrent in Mn-doped organic–inorganic perovskites
Tang et al. Optical properties and electrical bistability of CdS nanoparticles synthesized in dodecanethiol
CN106711323A (zh) 一种利用二维材料的磁性异质结构磁性隧道结
Hu et al. Polymer-buried van der Waals magnets for promising wearable room-temperature spintronics
Dong et al. Realization of efficient light out-coupling in organic light-emitting diodes with surface carbon-coated magnetic alloy nanoparticles
Lu et al. Ultrabroadband imaging based on wafer‐scale tellurene
CN113308734B (zh) 一种手性二维钙钛矿单晶及其制备方法和应用
Nour et al. Piezoelectric and opto-electrical properties of silver-doped ZnO nanorods synthesized by low temperature aqueous chemical method
WO2014111130A1 (en) Rapid solid-state reaction of oxides with ultraviolet radiation
CN114018297A (zh) 一种基于磁场调控二维铁磁CrI3荧光手性的多波长磁编码器
Das et al. Highly enhanced ultraviolet to visible room temperature photoluminescence emission ratio in Al implanted ZnO nanorods
Lin et al. Current-assisted magnetization reversal in Fe 3 GeTe 2 van der Waals homojunctions
CN103746056A (zh) 一种基于镓掺杂氧化锌纳米线阵列的波长可调节发光二极管及其制备方法
CN105845314B (zh) 具有大磁电阻效应的CoFeB/SiO2/n‑Si异质结构及制备方法
Peng et al. Multiwavelength magnetic coding of helical luminescence in ferromagnetic 2D layered CrI3
Zhang et al. Spin in organic cocrystals
Endo et al. Enhanced out-coupling efficiency of organic light-emitting diodes using an nanostructure imprinted by an alumina nanohole array
Lei et al. Phase diagram and evolution of the magnetic ordering state driven by a field-effect transistor in (Li, Fe) OHFeS thin flakes
Zhang et al. Low-threshold single-mode laser in perovskite microdiscs direct-synthesized into planar microcavity
Du et al. Highly< 001>-textured BaTiO3 ceramics with high piezoelectric performance prepared by vat photopolymerization
CN110085738A (zh) 一种有机单晶自旋阀及其制备方法与应用
CN107268017A (zh) 一种简单的膜厚可调控的黑磷薄膜制备方法
Qin A general strategy for realization of efficient room-temperature phosphorescence from amorphous metal-free small molecules
Salaneck Classical ultraviolet photoelectron spectroscopy of polymers

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination