近日，發(fā)表于《AdvancedPhotonics》2024年第3期的研究成果展示了基于二維材料的線(xiàn)性和非線(xiàn)性可調諧超構光學(xué)的最新進(jìn)展與挑戰。

    超構光學(xué)能在納米尺度操縱光場(chǎng)，可調諧超構光學(xué)的發(fā)展有望推動(dòng)多個(gè)領(lǐng)域的創(chuàng )新。二維材料因其特殊的電子和光學(xué)特性，在實(shí)現可調諧超構光學(xué)方面顯示出強大潛力。將超構光學(xué)與二維材料相結合，對增強和調整非線(xiàn)性效應具有重要意義。
    在二維激子用于可調諧超構光學(xué)方面，激子在二維材料的光學(xué)和電子性能中至關(guān)重要，同一材料的結合能值受多種因素影響可能存在差異。三激子對過(guò)渡金屬二硫化物的光學(xué)性能有顯著(zhù)影響，但對其結合能的觀(guān)測有限。通過(guò)門(mén)控、摻雜或光激發(fā)控制二維材料中載流子濃度，可調節激子數量從而影響材料光學(xué)響應，這一效應可用于動(dòng)態(tài)控制元光學(xué)器件。為增強激子共振，低溫下用六方氮化硼封裝二維器件是普遍方法，但要實(shí)現廣泛應用，還需發(fā)展器件在室溫下工作的能力。目前WS?是室溫下的候選材料之一，但該領(lǐng)域仍面臨精確控制外部刺激和激子共振窄帶性質(zhì)等挑戰。
    二維材料中的等離子體激元和聲子極化激元可在納米尺度實(shí)現受限和增強的光-物質(zhì)相互作用，導致高度可調的光學(xué)特性。石墨烯可通過(guò)摻雜實(shí)現高度可調的導電性，是中紅外光學(xué)器件的理想候選者，其層狀結構還為其他可能性提供空間。二維材料的多樣性可將可調諧等離激元推進(jìn)到近紅外甚至可見(jiàn)范圍。h-BN中的聲子極化激元可根據晶體厚度和周?chē)殡姯h(huán)境進(jìn)行被動(dòng)調諧，利用二維材料相關(guān)特性調諧極化子是未來(lái)的研究方向。
    非線(xiàn)性超表面可實(shí)現平面表面上的非線(xiàn)性現象，全介電超表面具有低損耗和高損傷閾值的優(yōu)點(diǎn)。二維材料及其復合結構在非線(xiàn)性光學(xué)領(lǐng)域展現出巨大潛力，二維材料超表面具有多種優(yōu)點(diǎn)，可用于研究常見(jiàn)非線(xiàn)性光學(xué)效應，還可通過(guò)與其他材料結合增強二階非線(xiàn)性過(guò)程。
    研究人員聚焦于可調諧二維材料超構光學(xué)，介紹了二維系統中可調諧激子等，并展望了該領(lǐng)域的發(fā)展前景。二維材料以其獨特的可調諧和非線(xiàn)性光學(xué)特性，為光子學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)了巨大的發(fā)展機遇，推動(dòng)其在材料生長(cháng)、堆疊和納米制造方面的應用，將促進(jìn)光子學(xué)的整體發(fā)展。