基于二维材料的超快太赫兹非线性电光效应研究取得新进展

　　近日，中科院合肥物质科学研究院强磁场科学中心盛志高课题组与荷兰奈梅亨大学磁光课题组、中科院合肥研究院固体物理研究所罗轩课题组合作，在二维材料超快非线性电光效应研究中取得新进展。相关成果发表在光学经典期刊Optics Letters上。

　　由于优越的波谱性能，太赫兹相关技术在通讯、安检、传感等领域有着广泛的应用前景，被称为“改变未来世界的十大技术之一”。实现高效、低损耗的太赫兹调制和探测，是目前该领域研究的重要方向。联合团队采用强太赫兹超快泵浦探测技术，系统研究了新型范德瓦尔斯二维反铁磁材料MnPS3晶体中的超快非线性克尔（Kerr）电光响应。研究结果表明，这一具有单斜结构、高各向异性的二维材料具有优异的太赫兹非线性电光响应。（1）超快响应速度：该材料在太赫兹泵浦作用下，可实现亚皮秒量级的超快电光响应，可实现太赫兹超快效应的瞬态探测；（2）克尔电光系数大：该材料的克尔电光系数高达13.1×10−14 cm2 W−1，并且有进一步提升的空间；（3）非线性效应：得益于该材料中心反演对称结构，太赫兹脉冲场作用下非线性电光效应产生，对应光学效应主要为偶次阶非线性效应，可有效排除传统电光器件中较强的线性效应的干扰；（4）低损耗：通过椭偏率测试发现，在强太赫兹泵浦作用下，800 nm探测光的超快损耗几乎为零，这意味着基于该材料的器件在工作过程中具有极低的损耗。这些优异特性充分表明基于二维材料的非线性电光效应可具有制备高速太赫兹调制器和探测元件的潜力，在未来的太赫兹应用中具有良好的发展前景。

　　该研究工作获得了国家重点研发计划、中国留学基金委（CSC）、国家自然科学基金、荷兰科学研究组织等项目的支持。

　　文章链接：https://opg.optica.org/ol/fulltext.cfm?uri=ol-47-16-4052&id=489405 

左图为强太赫兹超快泵浦探测系统实验配置示意图；右图为MnPS3在高于和低于奈尔(Neel)温度时，太赫兹场强依赖的电光响应强度