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中南大学刘艳平团队在Nature子刊发表最新科研成果

来源:物理与电子学院 点击次数:次 发布时间:2021年02月18日 作者:丁俊男

本网讯  近日,国际著名期刊Nature Communications在线发表了中南大学物理与电子学院刘艳平教授课题组针对二维材料二硒化钯(PdSe2)的非线性光学特性的最新研究成果。该研究首次揭示了这种独特的二维材料PdSe2巨大的双光子吸收(TPA)系数,进一步深度开拓了其少层PdSe2薄片在基于TPA应用中的巨大潜力,使这个材料成为非线性光电器件技术创新的潜在候选者,为新型纳米光电器件的应用提供了基础和理论指导。

该篇在线发表的论文题为“Giant Nonlinear Optical Activity in Two-Dimensional Palladium Diselenide”,中南大学为该论文的第一完成单位及通讯作者单位。文章的第一作者为中南大学2018级硕士研究生于娟(联培学生),中南大学刘艳平教授为第一单位通讯作者,深圳大学贺廷超教授和湖南大学潘安练教授为共同通讯作者。此次发表的论文是继该团队在国际著名学术期刊《Nano Letters》和《Nano Research》上基于PdSe2 材料线性光学特性和偏振光电探测器成果后的又一创新性成果。

图一:二维材料二硒化钯(PdSe2)的非线性二次谐波(SHG)光学特性

多层原子二维材料(2D)的非线性光学效应为各种光电应用提供了广阔的前景。过渡金属硫族化物(TMDCs)的非线性光学特性现已在前沿科研领域成为研究热点。这些材料具有从可见光到紫外光区域的相当大的带隙,但其对窄带隙材料的研究目前仍然缺乏。在这里,我们报道了一种对具有近红外带隙的 PdSe2材料中的非线性光学特性。通过对PdSe2薄片中非线性光学(NLO)工艺的全面研究发现,这种材料具有几个突出优势:一是这种材料表现出独特的厚度依赖性二次谐波产生(SHG)特性,由于PdSe2独特的晶体结构,与其他TMDC相比,仅在偶数层中才能检测到强SHG信号;二是在平行配置下,SHG信号的极坐标图表现出明显的各向异性,表现为哑铃状,可以帮助在宏观尺度上准确识别PdSe2的晶体取向;三是1-3层(β〜4.16×105、2.58×105和1.51×105 cm/GW)和块状PdSe2(β〜1.80×104 cm/GW)的双光子吸收(TPA)系数更大,与传统的2D材料相比,分别大了两个和三个数量级,这预示了少层PdSe2薄片在基于TPA的应用中的巨大潜力;四是在600 nm的激发波长下,在1-3层PdSe2中获得了巨大的饱和吸收(SA)调制深度( as〜32%、27%和24%),而在其他二维材料中则尚未实现如此大的调制深度。这种独特的非线性光学特性使PdSe2成为非线性光电器件技术创新的潜在候选者,为新型纳米光电器件的应用提供了材料基础和理论指导。

图二:二维材料二硒化钯(PdSe2)的双光子吸收(TPA)系数

据悉,该研究工作得到了国家自然科学基金、湖南省重点研发计划、湖南省杰出青年基金、湖南省芙蓉学者特聘教授基金、中南大学高性能复杂制造国家重点实验室自主研究课题和中南大学创新驱动青年团队等项目基金的支持,并获得中南大学高等研究中心在材料的结构表征等方面提供的有力支持。


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