近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)，在關(guān)于硒化鉑在太赫茲波段的非線性行為和機(jī)理研究方面取得進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)研究了二硒化鉑在強(qiáng)太赫茲脈沖激發(fā)下的光譜特征和光強(qiáng)特征，揭示了由非線性極化率實(shí)部和虛部主導(dǎo)的兩種非線性過程。相關(guān)成果以“Terahertz-triggered ultrafast nonlinear optical activities in two-dimensional centrosymmetric PtSe₂”為題發(fā)表在Optics Letters上。

太赫茲是介于毫米波和紅外光學(xué)之間的電磁波譜區(qū)域，探索應(yīng)用于太赫茲波段的潛在材料對(duì)太赫茲技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。二維拓?fù)浒虢饘傥K得益于其具有寬帶光響應(yīng)和光電響應(yīng)的特性，在太赫茲產(chǎn)生和調(diào)制方面展現(xiàn)出了優(yōu)異性能。然而，關(guān)于硒化鉑在強(qiáng)太赫茲作用下的基本非線性光學(xué)性質(zhì)仍然缺乏系統(tǒng)研究。因此，探索硒化鉑在太赫茲域產(chǎn)生的非線性現(xiàn)象和內(nèi)在機(jī)制具有重要意義。

該研究中，研究團(tuán)隊(duì)利用超快太赫茲泵浦-紅外光探測(cè)技術(shù)開展了太赫茲脈沖與硒化鉑薄膜相互作用的研究。強(qiáng)太赫茲脈沖通過非線性極化方式打破了硒化鉑的反轉(zhuǎn)對(duì)稱中心，并利用其非線性極化率實(shí)部作用輻射出強(qiáng)的二次諧波信號(hào)。該二次諧波信號(hào)的時(shí)間尺度與太赫茲脈沖時(shí)間尺度相當(dāng)，并具有較高的信噪比和開關(guān)比，證實(shí)該性質(zhì)可應(yīng)用于太赫茲調(diào)制和邏輯門。另一方面，由于非線性極化率虛部的作用，硒化鉑的電導(dǎo)率受到了強(qiáng)太赫茲的調(diào)制，表現(xiàn)出了非線性吸收增強(qiáng)的現(xiàn)象。該工作揭示了硒化鉑在太赫茲區(qū)域的非線性性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了硒化鉑的瞬態(tài)可逆的反轉(zhuǎn)對(duì)稱性調(diào)控，拓寬了硒化鉑類二維材料在未來光電器件和邏輯電路中的應(yīng)用潛力。

相關(guān)工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金等支持。

原文鏈接

圖1 （a）太赫茲泵浦-紅外光探測(cè)系統(tǒng)示意圖。（b）太赫茲泵浦源波形圖。（c）有和無太赫茲泵浦作用下的反射光譜。

圖2 （a）太赫茲泵浦-紅外光探測(cè)系統(tǒng)下獲得的硒化鉑的二次諧波光譜。（b）725 nm處提取的超快動(dòng)態(tài)過程與太赫茲波形的平方的對(duì)比。（c）二次諧波信號(hào)強(qiáng)度與太赫茲場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系。（d）二次諧波信號(hào)強(qiáng)度的偏振性質(zhì)。

圖3 （a）硒化鉑薄膜透過率與太赫茲場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系。（b）硒化鉑電導(dǎo)率與太赫茲場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系。