2021年4月30日，电子科技大学熊杰教授和北京大学物理学院刘开辉教授课题组合作在非线性光学领域取得重要进展。研究团队创造性提出基于量子点的多光子激发共振能量转移，实现了二维材料光学非线性信号的有效增强。相关研究成果以“Giant enhancement of optical nonlinearity in two-dimensional materials by nonlinear-excitation resonance energy transfer from quantum dots”为题发表在《自然·光子学》杂志。

二维材料具有高次谐波、饱和吸收等丰富的光学非线性，在纳米激光器、纳米光学元件和光通信电路等领域具有广泛的应用前景。然而，受限于单原子层厚度，二维材料光与物质相互作用距离较短，产生非线性信号强度较低，难以满足器件的实际应用。针对此难题，研究团队将能量转移应用到非线性光谱调控，通过异质界面量子耦合实现了二维材料非线性光学增强。实验发现，通过简单旋涂量子点至二硫化钼表面，可实现二硫化钼二次谐波三个量级的信号增强。得益于量子点超强的多光子吸收及谐波信号缺失，基频光激发下量子点多光子激发能量通过电偶极子间耦合相互作用，共振转移给临近二硫化钼，实现二硫化钼谐波信号有效增强。同时，实现发现，该机理具有很好的普适性，可以实现包括二次谐波、三次谐波、四次谐波等不同阶数的谐波信号增强。

图1. 量子点多光子激发共振能量转移增强二维材料光学非线性。（a）量子点/二硫化钼异质结非线性光谱探测示意图；（b）量子点有效增强二硫化钼二次谐波光谱；（3）通过偶极子相互作用多光子激发能量转移示意图。

作者利用量子点的特性，通过多光子能量转移实现二维材料高效、普适的非线性光学增强。该研究成果提供了通过表界面量子耦合调控二维材料光学非线性的新方法，二维材料有效光学非线性增强将促进其在纳米光子和光电子器件中的广泛应用。

该研究得到了自然科学基金委、科技部等的大力支持。

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来源：半导体学报微信公众号