石墨烯非線性光學(xué)研究獲得新進展

　　近日，復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系教授吳施偉課題組聯(lián)合中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所郭春雷中美聯(lián)合光子實驗室副研究員程晉羅、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授曾長淦、北京大學(xué)研究員劉開輝和加拿大多倫多大學(xué)教授J. E. Sipe，利用離子凝膠技術(shù)(ion-gel)實現(xiàn)了石墨烯中三階非線性和四波混頻非線性光學(xué)現(xiàn)象的電學(xué)調(diào)控和增強效應(yīng)，并通過理論推導(dǎo)揭示其內(nèi)在的物理機制，研究成果以Gate-tunable third-order nonlinear optical response of massless Dirac fermions in graphene 為題于倫敦時間5月21日在線發(fā)表在《自然-光子學(xué)》(Nature Photonics)上。

　　研究團隊揭示了躍遷通道間的干涉效應(yīng)在石墨烯非線性光學(xué)效應(yīng)中的主導(dǎo)作用，澄清了之前國際上不同課題組在三階非線性光學(xué)系數(shù)上分歧的來源，并且指出了通過化學(xué)勢來大范圍調(diào)控石墨烯非線性光學(xué)效應(yīng)的途徑。與此同時，該研究工作制備出了國際上首個基于石墨烯三階非線性光學(xué)效應(yīng)的電光器件，電學(xué)的調(diào)控比可達幾個數(shù)量級。鑒于近年來石墨烯在大面積低成本生長制備方面的重大突破，這一電光調(diào)控機制有望為石墨烯產(chǎn)業(yè)提供一種殺手锏級別的高端應(yīng)用。

　　程晉羅為此項研究工作提供了理論支持。

　　圖1 基于離子凝膠調(diào)控技術(shù)的石墨烯場效應(yīng)晶體管器件示意圖

　　圖2 不同化學(xué)勢μ和光子能量下的THG信號強度