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重新定義光學極限：工程師發(fā)現(xiàn)2D材料中增強的非線性光學特性 最近發(fā)表在《自然·通訊》上的一項研究表明，哥倫比亞大學的工程師與馬克斯·普朗克物質(zhì)結(jié)構(gòu)與動力學研究所的理論專家合作，發(fā)現(xiàn)將激光與晶格振動配對可以提高分層二維材料的非線性光學特性。 哥倫比亞大學工程學博士生、最新論文的合著者Cecilia Chen和她的Alexander Gaeta量子與非線性光子學小組的同事們使用了六方氮化硼 (hBN)。hBN 是一種類似于石墨烯的二維材料：其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常快。  了解原子振動 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粒子，具有特定的共振；在hBN的情況下，該團隊對在41 THz下振動的光學聲子模式感興趣，其波長為7.3μm，處于電磁光譜的中紅外區(qū)。 雖然中紅外波長被認為較短，因此能量較高，但在晶體振動的圖片中，它們在大多數(shù)激光光學研究中被認為很長且能量很低，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，約400nm到2um。 實驗和結(jié)果 當他們將激光系統(tǒng)調(diào)諧到與7.3μm對應(yīng)的hBN頻率時，Chen以及他的博士生Jared Ginsberg（現(xiàn)為美國銀行的數(shù)據(jù)科學家）和博士后Mehdi Jadidi（現(xiàn)為量子計算公司PsiQuantum的團隊負責人）能夠同時驅(qū)動hBN晶體的聲子和電子，從而有效地從介質(zhì)中產(chǎn)生新的光學頻率，這是非線性光學的一個基本目標。由馬克斯·普朗克研究所的Angel Rubio教授領(lǐng)導的理論工作幫助實驗團隊理解了他們的結(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非線性光學過程，以產(chǎn)生接近光學信號偶次諧波的光。他們還觀察到，與不激發(fā)聲子的情況相比，三次諧波產(chǎn)生的數(shù)量增加了30倍以上。 Chen博士說：“我們很高興能夠證明，通過激光驅(qū)動來放大自然聲子運動可以增強非線性光學效應(yīng)并產(chǎn)生新的頻率”。該團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。 該研究由美國能源部、歐洲研究委員會和德國研究協(xié)會資助。 相關(guān)鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-43501-x |
