Photoluminescence Path Bifurcations by Spin Flip in Two-Dimensional CrPS4

系统间交叉 光致发光 材料科学 激发态 磷光 荧光 自旋(空气动力学) 分子物理学 凝聚态物理 化学物理 光电子学 原子物理学 化学 物理 光学 热力学 单重态
作者
Suhyeon Kim,Sangho Yoon,Hyobin Ahn,Guang Jin,Hye‐Sun Kim,Moon‐Ho Jo,Changgu Lee,Jonghwan Kim,Sunmin Ryu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (10): 16385-16393 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c05600
摘要

Ultrathin layered crystals of coordinated chromium(III) are promising not only as two-dimensional (2D) magnets but also as 2D near-infrared (NIR) emitters due to long-range spin correlation and efficient transition between high- and low-spin excited states of Cr3+ ions. In this study, we report on the dual-band NIR photoluminescence (PL) of CrPS4 and show that its excitonic emission bifurcates into fluorescence and phosphorescence depending on thickness, temperature, and defect density. In addition to the spectral branching, the biexponential decay of PL transients, also affected by the three factors, could be well described within a three-level kinetic model for Cr(III). In essence, the PL bifurcations are governed by activated reverse intersystem crossing from the low- to high-spin states, and the transition barrier becomes lower for thinner 2D samples because of surface-localized defects. Our findings can be generalized to 2D solids of coordinated metals and will be valuable in realizing groundbreaking magneto-optic functions and devices.

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