韩科学家研究出新机制，大大提升2D材料中光子转换效率

2020-07-13 14:50

光子学，即操纵光的科学，在现代电子学中有各种各样的应用，如信息技术、半导体和医疗设备等。因此，全球的研究人员都专注于寻找新的方法来促进光子学领域的发展。但是，挑战在于按预期优化“光子生成”过程，这对所有基于光子的应用都是至关重要的。

在最近发表在《纳米快报》(Nano Letters)上的一项研究中，韩国大邱庆北科学技术研究所（DGIST）的一组研究人员开发了一种新的机制，以最大限度地提高2D材料中光子转换的效率。

科学家们通过探索一种名为“非线性二次谐波产生”（SHG）的方法实现了这一目标。在这种光学过程中，两个频率相同的光子与非线性材料相互作用，产生能量翻倍的新光子，从而导致频率加倍。

领导该团队的李教授表示：“光子的有效生成是开发光子器件的关键。在我们的研究中，我们开发了一个原子层材料中光子转换的超快过程，以创新基于光子的应用。”

在他们的研究中，科学家们将重点放在一种名为二氯化钨（WSe2）的2D材料上，这种材料具有独特的波段特性，由各种“共振点”组成，对“光子”的吸收反应灵敏。

李教授说：“我们重点研究了二烯钨这一特性，并揭示了通过最大化双共振模式转换光子‘颜色’的新过程。”在二次谐波产生的基础上，研究人员提出了一种名为“双共振光学频率产生”（SFG）的新方法，在该方法中，他们分别选择了WSe2中的两个共振点，称为A和D激子。

使用这种方法，研究人员发现，当用两个激发脉冲（ω1和ω2）照射WSE 2时，把其中一个脉冲（ω1）调谐到A激子，和频率（ω1＋ω2）调谐到D激子时，信号比单谐振模高20倍。

不仅如此，在相同条件下，该方法产生的强度比二次谐波产生的强度高1个数量级。

李教授说：“我们提出的双共振频率产生方法不仅为非线性光谱和微观方法，而且为非线性光学和使用二维半导体的技术提供了新的科学见解。我们的研究有可能为基于光子的应用提升到一个新的水平，通过更好的光学成像设备，降低医学诊断费用。”

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