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第一作者：馬超杰，馬辰俊，劉暢，郭泉林

通訊作者：劉開輝，洪浩

通訊單位：北京大學

?劉開輝，北京大學物理學院教授，博士生導(dǎo)師，北京大學特聘研究員，國家優(yōu)秀青年基金獲得者（2015 ），國家杰出青年科學基金獲得者（2020）。

洪浩，北京大學劉開輝課題組組員，特聘副研究員。

論文速覽

具有大的手性光學響應(yīng)和高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的納米材料是高級微型光學和光電子應(yīng)用所期望的，其中一維（1D）納米管是具有可連續(xù)調(diào)節(jié)的手性幾何結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu)。然而，由于同軸管的多樣化結(jié)構(gòu)，它們的手性光學響應(yīng)通常較弱且難以控制。

本文研究了一類多壁氮化硼納米管（BNNTs），這些納米管具有包括近乎單手性、同手性和單極性在內(nèi)的相干堆疊結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出可擴展的非線性手性光學響應(yīng)。這種內(nèi)在結(jié)構(gòu)在單個多壁BNNTs中產(chǎn)生了強烈的非線性光學響應(yīng)，實現(xiàn)了高達0.01%的二次諧波生成（SHG）轉(zhuǎn)換效率和微瓦級別的輸出功率，在1D納米材料家族中表現(xiàn)優(yōu)異。

此外，研究還發(fā)現(xiàn)，納米管的豐富手性引入了可控的非線性幾何相位，產(chǎn)生了手性相關(guān)的SHG圓二色性，其值在-0.7到+0.7之間。預(yù)期這種1D手性平臺將為緊湊型非線性光源和調(diào)制器帶來新功能。

圖文導(dǎo)讀

圖1：相干堆疊的BNNTs的結(jié)構(gòu)。

圖2：BNNT中的高SHG響應(yīng)。

圖3：BNNT中的高次諧波發(fā)生（HHG）響應(yīng)。

圖4：BNNT中的手性依賴的SHG響應(yīng)。

圖5：BNNTs中手性依賴的SHG-CD的理論研究。

總結(jié)展望

本研究揭示了相干堆疊的BNNTs的獨特特性，這些特性保留了組成納米管的反演和鏡像不對稱性，并實現(xiàn)了可擴展的光學非線性。實現(xiàn)了巨大的SHG產(chǎn)額（0.01%的轉(zhuǎn)換效率，微瓦輸出）和同時具有大的SHG-CD（從-0.7到+0.7連續(xù)可調(diào)）的全面性能。

這種能力可以擴展到其他二階非線性光學過程，例如自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換，以生成具有可調(diào)糾纏特性的糾纏光子對。此外，1D納米管中的固有手性、強非線性以及自發(fā)電極化和豐富的堆疊配置預(yù)計將帶來比2D系統(tǒng)更豐富的物理特性，如手性位移電流、非互易超導(dǎo)性和體光伏效應(yīng)。對相干組裝的手性納米管的研究，應(yīng)該促進在1D納米管系統(tǒng)中進一步探索堆疊工程物理和應(yīng)用。

文獻信息

標題：Strong chiroptical nonlinearity in coherently stacked boron nitride nanotubes

期刊：Nature Nanotechnology

DOI：10.1038/s41565-024-01685-3

原創(chuàng)文章，作者：計算搬磚工程師，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/07/04/96e7342760/

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