哥倫比亞大學(xué)的工程師和馬克斯·普朗克物質(zhì)結(jié)構(gòu)和動力學(xué)理論合作者發(fā)現(xiàn)，將激光與晶格振動配對可以增強層狀二維材料的非線性光學(xué)特性。該研究發(fā)表在《自然·通訊》雜志上。

哥倫比亞大學(xué)工程學(xué)博士生、最近這篇論文的合著者Cecilia Chen和她的同事Alexander Gaeta的量子與非線性光子學(xué)小組使用六方氮化硼（hBN）。hBN是一種類似于石墨烯的二維材料：它的原子排列成蜂窩狀重復(fù)圖案，可以剝離成具有獨特量子性質(zhì)的薄層。Chen指出，hBN在室溫下是穩(wěn)定的，其組成元素——硼和氮——非常輕。這意味著它們振動非�？�。

兩個實驗裝置

在絕對零度以上的所有材料中都會發(fā)生原子振動。這種運動可以量子化為稱為聲子的準(zhǔn)粒子，具有特定的共振；在hBN的情況下，該團隊對在41THz下振動的光學(xué)聲子模式感興趣，對應(yīng)于7.3μm的波長，位于電磁光譜的中紅外區(qū)。

雖然中紅外波長被認(rèn)為較短，因此能量較高，但在晶體振動的圖片中，它們在大多數(shù)激光光學(xué)研究中被認(rèn)為很長且能量很低，其中絕大多數(shù)實驗和研究是在可見光到近紅外范圍內(nèi)進行的，大約在400納米到2微米之間。

當(dāng)他們將激光系統(tǒng)調(diào)諧到對應(yīng)于7.3μm的hBN頻率時，Chen與博士生Jared Ginsberg（現(xiàn)為美國銀行的數(shù)據(jù)科學(xué)家）和博士后Mehdi Jadidi（現(xiàn)為量子計算公司PsiQuantum的團隊負(fù)責(zé)人）能夠同時一致地驅(qū)動hBN晶體的聲子和電子，從而有效地從介質(zhì)中產(chǎn)生新的光學(xué)頻率，這是非線性光學(xué)的一個基本目標(biāo)。Max Planck研究所Angel Rubio教授領(lǐng)導(dǎo)的理論工作幫助實驗團隊解釋了他們的研究結(jié)果。

他們使用商用臺式中紅外激光器，探索了四波混頻的聲子介導(dǎo)非線性光學(xué)過程，以產(chǎn)生接近光學(xué)信號偶次諧波的光。他們還觀察到，與不激發(fā)聲子的情況相比，三次諧波產(chǎn)生的次數(shù)增加了30倍以上。

Chen說：“我們很高興能證明，用激光驅(qū)動來放大自然聲子運動可以增強非線性光學(xué)效應(yīng)并產(chǎn)生新的頻率�！痹搱F隊計劃在未來的工作中探索如何利用光來修飾hBN和類似材料。

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