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北京计算科学研究中心黄兵团队Nat. Commun.: 层状铁电NbOX2中的非线性光学响应

时间：2023-09-28 来源： 浏览：

北京计算科学研究中心黄兵团队Nat. Commun.: 层状铁电NbOX2中的非线性光学响应

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2023年9月22日，Nat. Commun.在线发表了北京计算科学研究中心黄兵副教授和北京高压科学研究中心缑慧阳研究员 课题组的研究论文，题目为《 Manipulation of nonlinear optical responses in layered ferroelectric niobium oxide dihalides 》。

材料在光场下的响应是许多重要物理现象和 探测 技术的基础。在众多材料中，没有反演对称性的化合物可以表现出各种二阶非线性光学（NLO）响应。二次谐波产生（SHG） 是指 光 通过 材料时频率加倍的效应，是 非线性光学 效应的一个典型例子，它不仅被用于表征材料的基本性质，如结构对称性、磁有序性和极化畴， 而且 还被用于设计电光器件，如频率转换、电光调制器和光开关。实现高度可调的二阶非线性光学响应，例如二次谐波产生和体光伏效应，对于现代光学和光电器件 的发展 至关重要。最近，范德华氧化铌二卤化物被发现表现出异常大的二次谐波产生。然而，这些材料中非线性光学响应的物理起源和可能的可调性仍不清楚。

在此研究中，作者揭示 了 NbO X 2 （X  = Cl、Br和I） 中大的二次谐波的产生可能部分归因于 不同布里渊区中大的能带嵌套效应 。有趣的是， 在不同的偏振光下， NbOCl 2 表现出显著不同的应变依赖性体光伏效应 ，这源于光偏振依赖性轨道跃迁。重要的是，在一定的 外部压力 下， 在NbOCl 2 中实现了可逆的铁电-反铁电相变，在NbOI 2 中实现了 可逆的 铁电-顺电相变 ，伴随着极大的可调非线性光学响应，但具有不同的微观机制。这项研究建立了NbO X 2 在非线性光学器件应用中令人感兴趣的外场可调性。

图1  NbO X 2 的晶体和电子性质

图2  NbOCl 2 中的二次谐波产生(SHG)响应

图3 NbOCl 2 中的偏移电流

图4 NbOCl 2 (NbOI 2 )中可逆的FE到AFE (FE到PE)相变

图5  单层NbO X 2 的非线性光学(NLO)性质

【 论文链接 】
Ye, L., Zhou, W., Huang, D. et al. Manipulation of nonlinear optical responses in layered ferroelectric niobium oxide dihalides. Nat. Commun ., 2023 , 14, 5911. https://doi.org/10.1038/s41467-023-41383-7

【其他相关文献】

[1]  Guo, Q., Qi, XZ., Zhang, L. et al. Ultrathin quantum light source with van der Waals NbOCl 2 crystal.  Nature ,  2023 , 613, 53–59. https://doi.org/10.1038/s41586-022-05393-7
[2]  Abdelwahab, I., Tilmann, B., Wu, Y. et al. Giant second-harmonic generation in ferroelectric NbOI 2 .  Nat. Photon .,  2022 , 16, 644–650. https://doi.org/10.1038/s41566-022-01021-y
[3]  Wu, Y., Abdelwahab, I., Kwon, K.C. et al. Data-driven discovery of high performance layered van der Waals piezoelectric NbOI 2 . Nat. Commun ., 2022 , 13, 1884. https://doi.org/10.1038/s41467-022-29495-y

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