质疑：一年前发表于Nature的有序存在于二维材料的Nature论文

2022年5月24日，来自麻省理工学院的Riccardo Comin教授（通讯作者、宋谦（第一作者）等人在Nature杂志上报道多铁有序可以存在于单层二维中(Ref：Song et al. Nature，2022，602, P 601-606)。如图1所示，他们使用二次谐波产生(SHG)和线性色性(LD)方法检测出C2对称性，作为铁电极化的证据。

图1 块状NiI2的晶体结构、磁序和光学特性 © 2023 Springer Nature

2023年8月17日，新加坡国立大学仇成伟教授和电子科技大学彭波教授在在 Nature 的 Matters Arising 栏目以“Dilemma in optical identification of single-layer multiferroics”为题发文，通过实验和理论对上述成果进行了质疑。主要存在的争议点是Riccardo Comin等人将观察到的SHG和LD信号归因于由磁序诱导的空间反演对称性破缺而不是铁电极化，因此不能支持单层多铁性的发现。单凭全光学表征不能作为“铁电极化”存在的证据，在单层磁序与铁电极化共存时中尤为明显。

彭波&仇成伟等人质疑论据主要有以下几点：

(1) SHG和LD作为铁电性的间接表征方法，其信号来自空间反演对称性破缺。然而，磁序可同时打破空间和时间反演对称性，导致SHG和LD信号，特别是反铁磁序和非共线磁序。因此，SHG和LD不一定与铁电极化有关。

(2) 磁序也能通过打破反演对称性直接导致SHG和LD信号，而无需诱导FE极化。例如双层反铁磁CrI₃具有中心对称的晶体结构，但仍显示出巨大的电偶极子SHG，观测到的SHG畴与反铁磁畴基本一致，两者对外部磁场的响应是同步的，所以SHG实际上反映的是磁性结构信息，其来自磁序引起的源空间反演和时间反演对称性破缺。另一个典型的例子是在FePS₃晶体中，在118k时，LD特征发生了急剧的转变，反铁磁相变也发生了。宋等人仅使用全光学方法不能排除磁序对光信号的影响，没有提供单层磁性证据，没有提供实验证据证明观察到的SHG和LD信号与电场的依赖关系，因此无法证明它们是FE畴。最新的报道证明，通过和波长依赖性SHG实验证据和对称性分析，NiI₂的SHG信号来自磁序，而不是铁电极化，并且单层不存在铁电性（https://arxiv.org/abs/2307.10686）。

(3) 如图2所示，经过空间(r→−r)或时间反演操作 (t→−t)后，沿传播矢量Qx的螺旋磁结构破坏了空间反演和时间反演对称性。实验结果表明，RMCD和LD地图具有良好的一致性。在外加磁场作用下，LD畴随着磁畴变化而同步变化。因此，观察到的LD信号更有可能来自磁性结构。

图2:NiI₂的磁序和光畴。a, NiI2的螺旋磁结构示意图，显示空间反转(r→−r)或时间反转(t→−t)操作。b、在11 K条件下，在10种不同的磁场下，在同一样品区域测得的8层NiI2样品的RMCD和LD强度空间成像图。比例尺，1 μm。c, RMCD和LD测量系统示意图。NP - BS，非偏振分束器;光弹性调制器。© 2023 Springer Nature

详情：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06107-3.