北理工團隊在Nature子刊發表評述性論文
發布日期：2025-03-13 供稿：物理學院 攝影：物理學院
編輯：王莉蓉 審核：陳珂 閱讀次數：
近日，Nature子刊《Nature Nanotechnology》邀請北京理工大學物理學院姚裕貴教授、段嘉華教授撰寫發表評述性論文，文章題為“Tracking nonlinear conversion of light in van der Waals waveguides”,評述了哥倫比亞大學Milan Delor教授團隊在Nature Nanotechnology上發表的論文[DOI: https://doi.org/10.1038/s41565-024-01849-1]，介紹了遠場頻閃散射顯微技術在非線性光學領域中的重要應用。
因其加工制備不受晶格匹配條件限制且與硅基光電子集成技術高度相容，范德瓦爾斯材料在非線性光學器件集成制備方面具有極大的應用潛力。在非線性光學過程中，高效能量轉換的前提是滿足相位匹配。由于其二維屬性，范德瓦爾斯材料光學參數的定量測量難度較大，因此確定范德瓦爾斯波導中的相位匹配條件一直是困擾學界的一個挑戰。以MoS2為例，此前人們通常用長波長光照射MoS2薄層的某一條邊界，光場以波導模式在MoS2薄層中傳播并在另外一條邊界處散射出低波長光（非線性效應），基于傳統遠場顯微鏡可以觀測到二次諧波的產生。然而，這些波導模式超出了遠場光學可探測的波矢范圍，無法測量其時空動力學過程。針對這一現狀，哥倫比亞大學Milan Delor教授團隊基于遠場頻閃散射顯微技術，實現了MoS2薄層中基礎光場和二次諧波光場的超快實空間成像。他們通過研究發現，基礎光場和二次諧波光場會誘導光譜移動，從而通過共振峰紅移或藍移實現波導模式的遠場成像，其空間和時間分辨率可以達到亞微米級和200fs?；诖?，研究人員量化了MoS2薄片中基礎光場和二次諧波光場的傳播速度，在材料光學性質未知的情況下測量到11階波導模式可以滿足相位匹配條件，即基礎光場和二次諧波光場傳播速度一致。這一工作表明遠場頻閃散射顯微技術無需知道材料光學特性即可確定相位匹配條件，為優化二維波導中的非線性轉換提供了絕佳的實驗平臺，對未來構建片上集成的非線性光學器件至關重要。
圖1
圖1展示了遠場頻閃散射顯微技術的成像原理。圖a-b表明基礎光場和二次諧波光場分別會引起光譜的藍移和紅移，從而可以基于遠場光學測量到波導模式的時空動力學過程。圖c-d分別是基礎光場和二次諧波光場傳播過程的實空間成像。
此外，Nature子刊《Nature Materials》邀請北京理工大學物理學院段嘉華教授撰寫發表評述性論文，文章題為“Magnetic order as a tuning knob for Coulomb correlation”，評述了哥倫比亞大學Dimitri Basov院士團隊和雷根斯堡大學R. Huber教授團隊在Nature Materials發表的背靠背論文[Nature Materials 24, 384 (2025); Nature Materials 24, 391 (2025)]，介紹了二維反鐵磁材料中庫倫相互作用調控研究的重要進展。研究表明二維CrSBr材料中的A類反鐵磁序會阻礙電子-空穴對的層間躍遷，從而導致一種新的具有一維量子限域的光激發態：磁性表面激子。這一發現有助于理解二維磁性材料中的多體物理效應，而反鐵磁序帶來的限域效應將為納米尺度上能量傳輸調控提供新的可能性。
圖2
圖2展示了磁序對二維磁鐵中電子-空穴對的調制作用。圖a為二維半導體磁性材料CrSBr的晶體結構示意圖，可以看出其為A類反鐵磁鐵，即層內鐵磁性和層間反鐵磁性。圖b和圖c分別展示了A類反鐵磁性和順磁性時CrSBr中的電子-空穴對層間相互作用，可以看出A類反鐵磁序會屏蔽激子層間相互作用。
原文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41565-024-01849-1#citeas
https://www.nature.com/articles/s41563-025-02122-z
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