石墨烯非線性光學研究獲得新進展

　　近日，復旦大學物理學系教授吳施偉課題組聯(lián)合中國科學院長春光學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、中國科學技術大學教授曾長淦、北京大學研究員劉開輝和加拿大多倫多大學教授J. E. Sipe，利用離子凝膠技術(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現(xiàn)象的電學調(diào)控和增強效應，并通過理論推導揭示其內(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》(Nature Photonics)上。

　　研究團隊揭示了躍遷通道間的干涉效應在石墨烯非線性光學效應中的主導作用，澄清了之前國際上不同課題組在三階非線性光學系數(shù)上分歧的來源，并且指出了通過化學勢來大范圍調(diào)控石墨烯非線性光學效應的途徑。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效應的電光器件，電學的調(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)控技術的石墨烯場效應晶體管器件示意圖

　　圖2 不同化學勢μ和光子能量下的THG信號強度