科研进展简报

非线性激光光谱表征获得新发现:二维层状材料的二次谐波各向异性增强效应

来源:pc蛋蛋神策网在线预测99    作者:激光与太赫兹技术功能实验室    发布时间:2019年07月08日    浏览:548次

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        过渡金属二硫化物(Transition metal dichalcogenides, TMDCs),例如单层二硫化钼(MoS2)是一种各向同性的二维原子层状晶体,其优异的物理特性尤其是非线性光学效应受到了光学、材料、通讯以及医疗等领域研究人员的广泛关注。然而,由于泵浦光与仅有单原子层厚度的二维材料的相互作用尺度非常短,导致光场耦合效率低下,在一定程度上限制了TMDC的非线性光频转换效率。迄今为止,研究人员已设计出多种不同的方案来增强TMDC的非线性光学信号,但还存在制造工艺复杂、实用化难等问题,不适合用来制造高效率低成本的非线性纳米光电子器件。

        近期华中科技大学pc蛋蛋神策网在线预测99熊伟教授团队与美国内布拉斯加大学林肯分校电子与计算机工程系陆永枫教授团队联合攻关,成功构建了一种单层二硫化钼/二氧化钛(TiO2)纳米线复合结构,发现TiO2纳米线在复合纳米结构中不仅显著增强了单层二硫化钼的二次谐波信号输出,而且还实现了二次谐波输出信号的各向异性增强。研究团队结合机械剥离和干法转移技术构建了二维/一维 MoS2/TiO2复合结构,其产生的二次谐波信号强度相比单层二硫化钼材料呈现出两个数量级以上的增强。时域有限差分数值模拟计算结果表明,该二次谐波信号增强主要归因于底层TiO2纳米线引起的局域电场增强。进一步通过偏振二次谐波非线性激光光谱成像分析发现,复合结构区的二次谐波信号还表现出很强的各向异性特征。研究表明一维纳米线诱导二维材料晶格形变是导致原子层级MoS2中二次谐波产生各向异性增强的关键因素。有趣的是,通过调整单层MoS2与TiO2纳米线的耦合角度可以实现不同的各向异性增强效应。该研究方法具有普适性,可推广到其他二维层状晶体材料,并为各向同性二维材料在各向异性功能应用方面提供了一个崭新的思路。该研究成果预期可以针对低维材料的光学性质实现精确的选择性调控,使其在下一代低成本、高效的偏振型微纳光学器件如纳米级应力传感器、可调谐光子器件等领域中获得广泛应用。        2019年5月28日,相关工作以 “Anisotropic Enhancement of Second Harmonic Generation in Monolayer and Bilayer MoS2 by Integrating with TiO2 Nanowires”为题发表在Nano Letters(10.1021/acs.nanolett.9b01933)上 。

        论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b01933