Bulk chromium triiodide (CrI$_3$) has long been known as a layered van der Waals ferromagnet. However, its monolayer form was only recently isolated and confirmed to be a truly two-dimensional (2D) ferromagnet, providing a new platform for investigating light-matter interactions and magneto-optical phenomena in the atomically thin limit. Here, we report spontaneous circularly polarized photoluminescence in monolayer CrI$_3$ under linearly polarized excitation, with helicity determined by the monolayer magnetization direction. In contrast, the bilayer CrI$_3$ photoluminescence exhibits vanishing circular polarization, supporting the recently uncovered anomalous antiferromagnetic interlayer coupling in CrI$_3$ bilayers. Distinct from the Wannier-Mott excitons that dominate the optical response in well-known 2D van der Waals semiconductors, our absorption and layer-dependent photoluminescence measurements reveal the importance of ligand-field and charge-transfer transitions to the optoelectronic response of atomically thin CrI$_3$. We attribute the photoluminescence to a parity-forbidden d-d transition characteristic of Cr$^{3+}$ complexes, which displays broad linewidth due to strong vibronic coupling and thickness-independent peak energy due to its localized molecular orbital nature.


翻译:(cri$_3美元) 长期被称为一个层型的范德华铁磁铁,然而,其单层形式直到最近才被孤立,并被证实为真正的二维(2D)铁磁铁,为调查原子薄限中的光物质相互作用和磁光现象提供了一个新平台。这里,我们报告单层克鲁伊的自发两极化光光照作用,在线性极化刺激下为3美元,由单层磁化方向确定。相比之下,双层克鲁伊$_3美元 的分子光照光作用显示,循环两极两极分的两极分两极分化,支持最近发现的克鲁伊反铁磁性交织新平台,3美元为双层。不同于Wanner-Mott Excitons,它主宰光学反应的有名的2D van der Waals 半导体,我们的吸收和多层光光光光度测量,揭示了硬值的硬值硬值硬值和直线性硬度的直线线,3 直线性直线性直线性直线性直线,支持最近发现的弧间双层双层双层双层双层相相连接的电转换,3 向透向透向透向透向光学的光学正正对等的光学结构的光反应。

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