A Fano resonance, as often observed in scattering, absorption, or transmission experiments, arises from quantum interference between a discrete optical transition and a continuous background. Here, we present a temperature-dependent study on Fano resonances observed in photoluminescence from flakes of the layered semiconductor antiferromagnet chromium thiophosphate (CrPS4). Two Fano resonances with a distinctly different temperature dependence were identified. The continuous background that is responsible for the Fano resonances is attributed to the d–d transition of the optically active Cr3+ center, predominantly the spin-forbidden 2Eg → 4A2g transition with contributions of the broad-band 4T2g → 4A2g transition. The discrete states that interfere with this continuous background are suggested to arise from localized atomic phosphorus. A model idea for explaining the individual temperature dependence of the Fano resonances is presented.
REFERENCES
1.
K. S.
Novoselov
, A. K.
Geim
, S. V.
Morozov
, D.
Jiang
, Y.
Zhang
, S. V.
Dubonos
, I. V.
Grigorieva
, and A. A.
Firsov
, Science
306
, 666
(2004
).2.
K.
Zhang
, Y.
Feng
, F.
Wang
, Z.
Yang
, and J.
Wang
, J. Mater. Chem. C
5
, 11992
(2017
).3.
M.
Naguib
, O.
Mashtalir
, J.
Carle
, V.
Presser
, J.
Lu
, L.
Hultman
, Y.
Gogotsi
, and M. W.
Barsoum
, ACS Nano
6
, 1322
(2012
).4.
J.-C.
Lei
, X.
Zhang
, and Z.
Zhou
, Front. Phys.
10
, 276
(2015
).5.
A.
Castellanos-Gomez
, L.
Vicarelli
, E.
Prada
, J. O.
Island
, K. L.
Narasimha-Acharya
, S. I.
Blanter
, D. J.
Groenendijk
, M.
Buscema
, G. A.
Steele
, J. V.
Alvarez
, H. W.
Zandbergen
, J. J.
Palacios
, and H. S. J.
van der Zant
, 2D Mater.
1
, 025001
(2014
).6.
L.
Li
, Y.
Yu
, G. J.
Ye
, Q.
Ge
, X.
Ou
, H.
Wu
, D.
Feng
, X. H.
Chen
, and Y.
Zhang
, Nat. Nanotechnol.
9
, 372
(2014
).7.
Q. H.
Wang
, K.
Kalantar-Zadeh
, A.
Kis
, J. N.
Coleman
, and M. S.
Strano
, Nat. Nanotechnol.
7
, 699
(2012
).8.
H.
Zeng
, J.
Dai
, W.
Yao
, D.
Xiao
, and X.
Cui
, Nat. Nanotechnol.
7
, 490
(2012
).9.
G.
Iannaccone
, F.
Bonaccorso
, L.
Colombo
, and G.
Fiori
, Nat. Nanotechnol.
13
, 183
(2018
).10.
K. S.
Novoselov
, A.
Mishchenko
, A.
Carvalho
, and A. H.
Castro Neto
, Science
353
, aac9439
(2016
).11.
X.-L.
Fan
, Y.-R.
An
, and W.-J.
Guo
, Nanoscale Res. Lett.
11
, 154
(2016
).12.
N. D.
Mermin
and H.
Wagner
, Phys. Rev. Lett.
17
, 1133
(1966
).13.
T.
Moriya
, Phys. Rev.
120
, 91
(1960
).14.
B.
Huang
, G.
Clark
, E.
Navarro-Moratalla
, D. R.
Klein
, R.
Cheng
, K. L.
Seyler
, D.
Zhong
, E.
Schmidgall
, M. A.
McGuire
, D. H.
Cobden
, W.
Yao
, D.
Xiao
, P.
Jarillo-Herrero
, and X.
Xu
, Nature
546
, 270
(2017
).15.
C. C.
Mayorga-Martinez
, Z.
Sofer
, D.
Sedmidubský
, Š.
Huber
, A. Y. S.
Eng
, and M.
Pumera
, ACS Appl. Mater. Interfaces
9
, 12563
(2017
).16.
F.
Wang
, T. A.
Shifa
, P.
Yu
, P.
He
, Y.
Liu
, F.
Wang
, Z.
Wang
, X.
Zhan
, X.
Lou
, F.
Xia
, and J.
He
, Adv. Funct. Mater.
28
, 1802151
(2018
).17.
H.
Li
, S.
Ruan
, and Y. J.
Zeng
, Adv. Mater.
31
, 1900065
(2019
).18.
M.
Gibertini
, M.
Koperski
, A. F.
Morpurgo
, and K. S.
Novoselov
, Nat. Nanotechnol.
14
, 408
(2019
).19.
C.
Gong
, L.
Li
, Z.
Li
, H.
Ji
, A.
Stern
, Y.
Xia
, T.
Cao
, W.
Bao
, C.
Wang
, Y.
Wang
, Z. Q.
Qiu
, R. J.
Cava
, S. G.
Louie
, J.
Xia
, and X.
Zhang
, Nature
546
, 265
(2017
).20.
T.
Song
, M. W.-Y.
Tu
, C.
Carnahan
, X.
Cai
, T.
Taniguchi
, K.
Watanabe
, M. A.
McGuire
, D. H.
Cobden
, D.
Xiao
, W.
Yao
, and X.
Xu
, Nano Lett.
19
, 915
(2019
).21.
T. R.
Paudel
and E. Y.
Tsymbal
, ACS Appl. Mater. Interfaces
11
, 15781
(2019
).22.
S.
Jiang
, L.
Li
, Z.
Wang
, J.
Shan
, and K. F.
Mak
, Nat. Electron.
2
, 159
(2019
).23.
J.
Shang
, X.
Tang
, X.
Tan
, A.
Du
, T.
Liao
, S. C.
Smith
, Y.
Gu
, C.
Li
, and L.
Kou
, ACS Appl. Nano Mater.
3
, 1282
(2019
).24.
M. C.
Heißenbüttel
, T.
Deilmann
, P.
Krüger
, and M.
Rohlfing
, Nano Lett.
21
, 5173
(2021
).25.
J. J.
Heath
, M.
Costa
, M.
Buongiorno-Nardelli
, and M. A.
Kuroda
, Phys. Rev. B
101
, 195439
(2020
).26.
D.
Shcherbakov
, P.
Stepanov
, D.
Weber
, Y.
Wang
, J.
Hu
, Y.
Zhu
, K.
Watanabe
, T.
Taniguchi
, Z.
Mao
, W.
Windl
, J.
Goldberger
, M.
Bockrath
, and C. N.
Lau
, Nano Lett.
18
, 4214
(2018
).27.
A.
Louisy
, G.
Ouvrard
, D. M.
Schleich
, and R.
Brec
, Solid State Commun.
28
, 61
(1978
).28.
J.
Lee
, T. Y.
Ko
, J. H.
Kim
, H.
Bark
, B.
Kang
, S.-G.
Jung
, T.
Park
, Z.
Lee
, S.
Ryu
, and C.
Lee
, ACS Nano
11
, 10935
(2017
).29.
P.
Gu
, Q.
Tan
, Y.
Wan
, Z.
Li
, Y.
Peng
, J.
Lai
, J.
Ma
, X.
Yao
, S.
Yang
, K.
Yuan
, D.
Sun
, B.
Peng
, J.
Zhang
, and Y.
Ye
, ACS Nano
14
, 1003
(2020
).30.
H. L.
Zhuang
and J.
Zhou
, Phys. Rev. B
94
, 195307
(2016
).31.
J.
Deng
, J.
Guo
, H.
Hosono
, T.
Ying
, and X.
Chen
, Phys. Rev. Mater.
1
, 034005
(2021
).32.
J.
Son
, S.
Son
, P.
Park
, M.
Kim
, Z.
Tao
, J.
Oh
, T.
Lee
, S.
Lee
, J.
Kim
, K.
Zhang
, K.
Cho
, T.
Kamiyama
, J. H.
Lee
, K. F.
Mak
, J.
Shan
, M.
Kim
, J.-G.
Park
, and J.
Lee
, ACS Nano
15
, 16904
(2021
).33.
Y.
Peng
, S.
Ding
, M.
Cheng
, Q.
Hu
, J.
Yang
, F.
Wang
, M.
Xue
, Z.
Liu
, Z.
Lin
, M.
Avdeev
, Y.
Hou
, W.
Yang
, Y.
Zheng
, and J.
Yang
, Adv. Mater.
32
, 2001200
(2020
).34.
S.
Adachi
, J. Lumin.
223
, 117217
(2020
).35.
A. L.
Schawlow
, D. L.
Wood
, and A. M.
Clogston
, Phys. Rev. Lett.
3
, 271
(1959
).36.
D. F.
Nelson
and M. D.
Sturge
, Phys. Rev.
137
, A1117
(1965
).37.
F.
Castelli
and L. S.
Forster
, Phys. Rev. B
11
, 920
(1975
).38.
B.
Henderson
, A.
Marshall
, M.
Yamaga
, K. P.
O’Donnell
, and B.
Cockayne
, J. Phys. C: Solid State Phys.
21
, 6187
(1988
).39.
P. A.
Tanner
, Chem. Phys. Lett.
388
, 488
(2004
).40.
U.
Fano
, Phys. Rev.
124
, 1866
(1961
).41.
A. K.
Budniak
, N. A.
Killilea
, S. J.
Zelewski
, M.
Sytnyk
, Y.
Kauffmann
, Y.
Amouyal
, R.
Kudrawiec
, W.
Heiss
, and E.
Lifshitz
, Small
16
, 1905924
(2020
).42.
Y.
Ohno
, A.
Mineo
, and I.
Matsubara
, Phys. Rev. B
40
, 10262
(1989
).43.
R. A.
Susilo
, B. G.
Jang
, J.
Feng
, Q.
Du
, Z.
Yan
, H.
Dong
, M.
Yuan
, C.
Petrovic
, J. H.
Shim
, D. Y.
Kim
, and B.
Chen
, npj Quantum Mater.
5
, 58
(2020
).44.
F.
Tang
, H.
Ye
, Z.
Su
, Y.
Bao
, W.
Guo
, and S.
Xu
, ACS Appl. Mater. Interfaces
9
, 43790
(2017
).45.
W.
Mikenda
and A.
Preisinger
, J. Lumin.
26
, 53
(1981
).46.
D. L.
Wood
, J.
Ferguson
, K.
Knox
, and J. F.
Dillon
, J. Chem. Phys.
39
, 890
(1963
).47.
M.
Back
, J.
Ueda
, J.
Xu
, K.
Asami
, M. G.
Brik
, and S.
Tanabe
, Adv. Opt. Mater.
8
, 2000124
(2020
).48.
M. N.
Sanz-Ortiz
, F.
Rodríguez
, I.
Hernández
, R.
Valiente
, and S.
Kück
, Phys. Rev. B
81
, 045114
(2010
).49.
P.
Boden
, P.
Di Martino-Fumo
, G.
Niedner-Schatteburg
, W.
Seidel
, K.
Heinze
, and M.
Gerhards
, Phys. Chem. Chem. Phys.
23
, 13808
(2021
).50.
S.
Otto
, J. P.
Harris
, K.
Heinze
, and C.
Reber
, Angew. Chem., Int. Ed.
57
, 11069
(2018
).51.
B.
Lee
, J.
Park
, G. H.
Han
, H.-S.
Ee
, C. H.
Naylor
, W.
Liu
, A. T. C.
Johnson
, and R.
Agarwal
, Nano Lett.
15
, 3646
(2015
).52.
F.
Muckel
, K. N.
Guye
, S. M.
Gallagher
, Y.
Liu
, and D. S.
Ginger
, Nano Lett.
21
, 6124
(2021
).53.
X.
Wang
, K.
Du
, Y. Y. F.
Liu
, P.
Hu
, J.
Zhang
, Q.
Zhang
, M. H. S.
Owen
, X.
Lu
, C. K.
Gan
, P.
Sengupta
, C.
Kloc
, and Q.
Xiong
, 2D Mater.
3
, 031009
(2016
).54.
S.
Adachi
, J. Lumin.
232
, 117844
(2021
).55.
J.
Derkosch
, W.
Mikenda
, and A.
Preisinger
, J. Solid State Chem.
22
, 127
(1977
).56.
J.
Ueda
, M.
Back
, M. G.
Brik
, Y.
Zhuang
, M.
Grinberg
, and S.
Tanabe
, Opt. Mater.
85
, 510
(2018
).57.
S.
Kim
, J.
Lee
, C.
Lee
, and S.
Ryu
, J. Phys. Chem. C
125
, 2691
(2021
).58.
H.
Wu
and H.
Chen
, RSC Adv.
9
, 30655
(2019
).59.
T.
Akasaka
, H.
Gotoh
, T.
Saito
, and T.
Makimoto
, Appl. Phys. Lett.
85
, 3089
(2004
).60.
Y.
Fang
, L.
Wang
, Q.
Sun
, T.
Lu
, Z.
Deng
, Z.
Ma
, Y.
Jiang
, H.
Jia
, W.
Wang
, J.
Zhou
, and H.
Chen
, Sci. Rep.
5
, 12718
(2015
).61.
M.
Leroux
, N.
Grandjean
, B.
Beaumont
, G.
Nataf
, F.
Semond
, J.
Massies
, and P.
Gibart
, J. Appl. Phys.
86
, 3721
(1999
).62.
G.
Bacher
, H.
Schweizer
, J.
Kovac
, A.
Forchel
, H.
Nickel
, W.
Schlapp
, and R.
Lösch
, Phys. Rev. B
43
, 9312
(1991
).63.
Y.
Tanabe
and S.
Sugano
, J. Phys. Soc. Jpn.
9
, 766
(1954
).64.
K. L.
Seyler
, D.
Zhong
, D. R.
Klein
, S.
Gao
, X.
Zhang
, B.
Huang
, E.
Navarro-Moratalla
, L.
Yang
, D. H.
Cobden
, M. A.
Mcguire
, W.
Yao
, D.
Xiao
, P.
Jarillo-Herrero
, and X.
Xu
, Nat. Phys.
14
, 277
(2018
).65.
Y.
Zhang
, G.
Li
, S.
Pei
, B.
Lyu
, Q.
Huang
, X.
Wang
, W.
He
, and M.
Huang
, Micro Nano Lett.
15
, 788
(2020
).66.
Z.
Zhang
, J.
Shang
, C.
Jiang
, A.
Rasmita
, W.
Gao
, and T.
Yu
, Nano Lett.
19
, 3138
(2019
).67.
P.
Greenough
and A. G.
Paulusz
, J. Chem. Phys.
70
, 1967
(1979
).68.
H. L.
Schläfer
, H.
Gausmann
, and H.
Witzke
, J. Chem. Phys.
46
, 1423
(1967
).69.
M.
Back
, J.
Ueda
, H.
Hua
, and S.
Tanabe
, Chem. Mater.
33
, 3379
(2021
).70.
J. F.
Dolan
, A. G.
Rinzler
, L. A.
Kappers
, and R. H.
Bartram
, J. Phys. Chem. Solids
53
, 905
(1992
).71.
M. D.
Sturge
, H. J.
Guggenheim
, and M. H. L.
Pryce
, Phys. Rev. B
2
, 2459
(1970
).72.
M. A.
Illarramendi
, J.
Fernández
, and R.
Balda
, J. Phys.: Condens. Matter
14
, 555
(2001
).73.
W. C.
Martin
, R.
Zalubas
, and A.
Musgrove
, J. Phys. Chem. Ref. Data
14
, 751
(1985
).© 2022 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2022
Author(s)
You do not currently have access to this content.
