Magnetically and optically active edges in phosphorene nanoribbons

磷烯 磁性 凝聚态物理 材料科学 自旋电子学 光激发 纳米材料 自旋(空气动力学) 纳米技术 物理 铁磁性 单层 激发态 热力学 核物理学
作者
Arjun Ashoka,Adam J. Clancy,Naitik A. Panjwani,Adam L. Cronin,Loren Picco,Eva S. Y. Aw,Nicholas J. M. Popiel,A. G. Eaton,Thomas G. Parton,Rebecca R. C. Shutt,Sascha Feldmann,Remington Carey,Thomas J. Macdonald,Cheng Liu,Marion E. Severijnen,Sandra Kleuskens,Loreta A. Muscarella,Felix R. Fischer,Hilton B. de Aguiar,Richard H. Friend
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:639 (8054): 348-353 被引量:3
标识
DOI:10.1038/s41586-024-08563-x
摘要

Abstract Nanoribbons, nanometre-wide strips of a two-dimensional material, are a unique system in condensed matter. They combine the exotic electronic structures of low-dimensional materials with an enhanced number of exposed edges, where phenomena including ultralong spin coherence times 1,2 , quantum confinement 3 and topologically protected states 4,5 can emerge. An exciting prospect for this material concept is the potential for both a tunable semiconducting electronic structure and magnetism along the nanoribbon edge, a key property for spin-based electronics such as (low-energy) non-volatile transistors 6 . Here we report the magnetic and semiconducting properties of phosphorene nanoribbons (PNRs). We demonstrate that at room temperature, films of PNRs show macroscopic magnetic properties arising from their edge, with internal fields of roughly 240 to 850 mT. In solution, a giant magnetic anisotropy enables the alignment of PNRs at sub-1-T fields. By leveraging this alignment effect, we discover that on photoexcitation, energy is rapidly funnelled to a state that is localized to the magnetic edge and coupled to a symmetry-forbidden edge phonon mode. Our results establish PNRs as a fascinating system for studying the interplay between magnetism and semiconducting ground states at room temperature and provide a stepping-stone towards using low-dimensional nanomaterials in quantum electronics.
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