近期，中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室研究團隊，在關(guān)于硒化鉑在太赫茲波段的非線性行為和機理研究方面取得進展。研究團隊系統(tǒng)研究了二硒化鉑在強太赫茲脈沖激發(fā)下的光譜特征和光強特征，揭示了由非線性極化率實部和虛部主導的兩種非線性過程。相關(guān)成果以“Terahertz-triggered ultrafast nonlinear optical activities in two-dimensional centrosymmetric PtSe₂”為題發(fā)表在Optics Letters上。

太赫茲是介于毫米波和紅外光學之間的電磁波譜區(qū)域，探索應用于太赫茲波段的潛在材料對太赫茲技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。二維拓撲半金屬硒化鉑得益于其具有寬帶光響應和光電響應的特性，在太赫茲產(chǎn)生和調(diào)制方面展現(xiàn)出了優(yōu)異性能。然而，關(guān)于硒化鉑在強太赫茲作用下的基本非線性光學性質(zhì)仍然缺乏系統(tǒng)研究。因此，探索硒化鉑在太赫茲域產(chǎn)生的非線性現(xiàn)象和內(nèi)在機制具有重要意義。

該研究中，研究團隊利用超快太赫茲泵浦-紅外光探測技術(shù)開展了太赫茲脈沖與硒化鉑薄膜相互作用的研究。強太赫茲脈沖通過非線性極化方式打破了硒化鉑的反轉(zhuǎn)對稱中心，并利用其非線性極化率實部作用輻射出強的二次諧波信號。該二次諧波信號的時間尺度與太赫茲脈沖時間尺度相當，并具有較高的信噪比和開關(guān)比，證實該性質(zhì)可應用于太赫茲調(diào)制和邏輯門。另一方面，由于非線性極化率虛部的作用，硒化鉑的電導率受到了強太赫茲的調(diào)制，表現(xiàn)出了非線性吸收增強的現(xiàn)象。該工作揭示了硒化鉑在太赫茲區(qū)域的非線性性質(zhì)，實現(xiàn)了硒化鉑的瞬態(tài)可逆的反轉(zhuǎn)對稱性調(diào)控，拓寬了硒化鉑類二維材料在未來光電器件和邏輯電路中的應用潛力。

相關(guān)工作得到國家自然科學基金等支持。

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圖1 （a）太赫茲泵浦-紅外光探測系統(tǒng)示意圖。（b）太赫茲泵浦源波形圖。（c）有和無太赫茲泵浦作用下的反射光譜。

圖2 （a）太赫茲泵浦-紅外光探測系統(tǒng)下獲得的硒化鉑的二次諧波光譜。（b）725 nm處提取的超快動態(tài)過程與太赫茲波形的平方的對比。（c）二次諧波信號強度與太赫茲場強的關(guān)系。（d）二次諧波信號強度的偏振性質(zhì)。

圖3 （a）硒化鉑薄膜透過率與太赫茲場強的關(guān)系。（b）硒化鉑電導率與太赫茲場強的關(guān)系。