湖北九峰山实验室联合高校突破二维材料非线性光学瓶颈

笔者从湖北省科技厅获悉，近日，湖北九峰山实验室联合厦门大学团队取得关键技术突破，提出有机-无机范德华异质结界面偶极调控新策略，破解二维材料在非线性光学领域的应用难题，相关成果发表在《自然?通讯》。

二维材料因其原子级厚度、强光场约束和显著非线性响应，被视为片上集成非线性器件的理想材料，且与CMOS兼容光子平台的异质集成潜力突出，可为高速通信、光计算和量子光子学提供关键器件基础。然而，多数二维材料晶体结构高度对称，无法产生二次谐波等关键非线性效应——单层材料尚可产生信号，一旦堆叠至双层，效应即刻消失。这一物理限制长期制约着二维材料在光子芯片中的应用。

据悉，该研究利用α-苝有机分子晶体与二硫化钨构建异质结，使单层材料二次谐波强度提升两个数量级，等效二阶非线性极化率达20nmV?sup1;，同时打破双层材料固有对称限制，成功激发非线性光学响应。该技术形成可推广的界面偶极工程范式，适配现有半导体工艺，可用于研制微型频率转换器、纠缠光子源等光子芯片核心器件，为全光信号处理、光计算、量子光子学发展筑牢技术基础。