堆叠顺序和应变促进了二维janus异质双层的二次谐波产生

来自东北大学、麻省理工学院(MIT)、莱斯大学、河内科技大学、浙江大学和橡树岭国家实验室的一组研究人员提出了一种增强短波长光(100-300nm)的新机制)通过完全由常见元素组成的二维(2D)薄材料中的二次谐波产生(SHG)。

由于二次谐波产生的紫外光在不使用荧光材料的半导体光刻设备和医疗应用中发挥着重要作用，因此这一发现对现有行业和所有光学应用具有重要意义。

该研究的详细信息于 2023 年 8 月 29 日发表在《ACS Nano》杂志上 。该研究被选为封面问题。

Janus 过渡金属二硫化物 (TMD) 是一类特定的二维材料，通常由夹在两种硫族元素(例如硫、硒或碲)之间的过渡金属(例如钼或钨)组成。Janus TMD 以罗马神 Janus 的名字命名，他有两张面向相反方向的脸，在薄材料的两个表面之间不具有反演对称性。这种内在的不对称性使得 Janus-TMD 材料适合 SHG，特别是当两个 TMD 异质堆叠时。

SHG 是一种非线性光学过程，其中两个具有相同频率 (ω) 的光子与材料发生非线性相互作用，从而产生两倍频率 (2ω)(或半波长)的单个光子。基本上，这是一种将入射光转换为两倍频率或一半波长的光的现象。

二次谐波在各种应用中都很重要，包括激光技术、显微镜、医学​​和固体物理学。SHG 用于产生波长较短的光，这在半导体光刻设备和医疗应用(例如不使用荧光材料的成像技术)等领域很有价值。

东北大学交叉学科前沿研究所 (FRIS) 助理教授 Nguyen Tuan Hung 指出：“我们的研究团队优化了 2D Janus TMD 材料异双层中的 SHG 条件。” “具体来说，我们发现 AA 堆叠(顶层原子与底层原子直接重叠)和 AB 堆叠(顶层原子不直接与底层原子重叠)导致了三倍增强。前者在二次谐波发生器的非线性光学响应中的作用。" 这一理论预测与实验中 AA 堆叠的 SHG 峰值强度是 AB 堆叠的四倍这一事实相符。

“因此，我们认为二次谐波强度也是确定二维材料层如何堆叠的一种有用方法，”Nguyen 说。此外，研究人员建议，向这些材料添加横向应变(高达 20%)可以进一步显着增加光强度。”

“我们的研究引入了一种产生二次谐波的新材料，我们可以使用二维材料以灵活的方式制造它们，”Nguyen 补充道。

除Nguyen外，其他参与者还包括东北大学名誉教授斋藤里一郎(Riichiro Saito)、美国莱斯大学黄胜熙教授及其团队、麻省理工学院孔景教授及其团队。

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