Nichtlinearer „Hauteffekt“ bei antiferromagnetischen Materialien enthüllt

Ein Forscherteam hat ein einzigartiges Phänomen, einen „Skin-Effekt“, in den nichtlinearen optischen Reaktionen antiferromagnetischer Materialien identifiziert. Die Forschung, veröffentlicht In Briefe zur körperlichen Untersuchungliefert neue Einblicke in die Eigenschaften dieser Materialien und ihre möglichen Anwendungen in fortschrittlichen Technologien.

Nichtlineare optische Effekte treten auf, wenn Licht mit Materialien interagiert, denen die Inversionssymmetrie fehlt. Bisher ging man davon aus, dass diese Effekte gleichmäßig über das Material verteilt seien. Das Forschungsteam entdeckte jedoch, dass sich bei Antiferromagneten die nichtlineare optische Reaktion auf die Oberflächen konzentrieren kann, ähnlich dem „Skin-Effekt“, der bei Leitern beobachtet wird, bei denen Ströme hauptsächlich auf der Oberfläche fließen.

In dieser Studie entwickelte das Team eine selbst entworfene Berechnungsmethode zur Untersuchung der nichtlinearen optischen Reaktionen in Antiferromagneten, wobei der Bulk-Photovoltaik-Effekt als repräsentatives Beispiel diente. Ihre Ergebnisse zeigten, dass die globale Inversionssymmetrie zwar gebrochen war, die lokale Inversionssymmetrie tief im Inneren des Antiferromagneten jedoch nahezu unberührt blieb.

Infolgedessen war die nichtlineare optische Reaktion hauptsächlich auf die Ober- und Unterseite des Antiferromagneten beschränkt, mit einem vernachlässigbaren Beitrag aus dem Inneren.

Um die Ergebnisse zu demonstrieren, führten die Forscher Ab-initio-Berechnungen am zweidimensionalen Antiferromagneten CrI3 durch und bestätigten das oberflächendominante Verhalten des photovoltaischen Masseneffekts. Darüber hinaus berechneten sie den Effekt der Erzeugung der zweiten Harmonischen und kamen zu konsistenten Ergebnissen mit ihren theoretischen Modellen.

Die Entdeckung des Skin-Effekts bei nichtlinearen optischen Reaktionen eröffnet spannende Möglichkeiten sowohl für die Grundlagenwissenschaften als auch für die optoelektronische Technologie. „Es bietet eine neue Perspektive, wie nichtlineare optische Effekte in Hochleistungsgeräteanwendungen genutzt werden können“, sagte Prof. Shao Dingfu vom Hefei Institutes of Physical Science der Chinesischen Akademie der Wissenschaften.