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鋰石墨烯插層材料：一種新型可調(diào)光學(xué)倍頻材料
以石墨烯（Graphene）為主要代表的二維材料是本世紀(jì)初由英國曼徹斯特大學(xué)安德烈·蓋姆（A. K. Geim）和康斯坦丁·諾沃肖洛夫（K.S. Novoselov）教授發(fā)現(xiàn)的全新的物質(zhì)材料形態(tài)。與傳統(tǒng)三維材料相比，石墨烯具有超高的載流子遷移率、超高的熱導(dǎo)率、超寬的響應(yīng)波段等優(yōu)異的光電性能，在微電子器件、光電感知、集成光子學(xué)等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。近年來，石墨烯的非線性光學(xué)特性成為科學(xué)研究的前沿和熱點(diǎn)，被認(rèn)為是未來潛力的非線性光學(xué)材料之一。
二次諧波（倍頻效應(yīng)）是一種二階非線性光學(xué)效應(yīng)，它的產(chǎn)生需要被探測材料滿足中心反演對稱破缺的要求，對于中心反演對稱的結(jié)構(gòu)是無法觀察到二次諧波的。對材料二次諧波信號的研究，是獲取原子、分子微觀性質(zhì)信息的重要技術(shù)手段，有助于深入理解光與物質(zhì)相關(guān)作用的過程。石墨烯具有中心反演對稱的結(jié)構(gòu)，不具有二次諧波信號。如何誘導(dǎo)并實(shí)現(xiàn)對其倍頻效應(yīng)特性調(diào)控是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。
受鋰電池工作原理的啟發(fā)，中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所前沿科學(xué)與技術(shù)研究院與新加坡國立大學(xué)、國防科技大學(xué)的研究人員合作構(gòu)建了類似于鋰離子電池的石墨烯插層器件。在保持石墨烯二維結(jié)構(gòu)的前提下，將鋰金屬插入石墨烯范德瓦爾斯層間，形成具有超分子結(jié)構(gòu)鋰石墨烯插層材料。鋰金屬的嵌入可以精確調(diào)控石墨烯中電子帶間、帶內(nèi)躍遷過程以及電子-聲子相互作用過程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)石墨烯二次諧波特性可控調(diào)控。研究人員調(diào)節(jié)石墨烯層間鋰離子的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)了對石墨烯二次諧波信號的可控調(diào)控。與傳統(tǒng)的電場調(diào)控、表面摻雜等方法相比，插層調(diào)控具有調(diào)控范圍大，調(diào)控過程可控、可逆，器件狀態(tài)可以實(shí)現(xiàn)不帶電保持等優(yōu)點(diǎn)。這項(xiàng)研究揭示了鋰石墨烯插層材料優(yōu)異的非線性光學(xué)性質(zhì)，作為一種全新的可調(diào)光學(xué)倍頻材料，其將對*納米光子器件的發(fā)展起到重要作用。在本工作中，作者還展示了厘米量級樣品的制備。
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二次諧波信號的產(chǎn)生表明鋰插層石墨烯材料中具有反演對稱性破缺現(xiàn)象，有望用于修正鋰插層石墨烯P6/mmm對稱性結(jié)構(gòu)的理論模型，對于理解石墨烯插層材料的新奇物理特性，如超導(dǎo)、電荷密度波等，也具有重要意義。
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該工作以“Inversion symmetry breaking in lithium intercalated graphitic materials”為題發(fā)表在期刊ACS Applied Materials & Interface（期刊影響因子8.456）。
本研究工作得到國家自然科學(xué)基金、博士后科學(xué)基金面上資助等的支持。論文通訊作者是中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所羅先剛院士、新加坡國立大學(xué)洪明輝院士和國防科技大學(xué)江天研究員。
原文引自“兩江科技評論”公眾號。
上海復(fù)享光學(xué)股份有限公司（簡稱：復(fù)享光學(xué)）誕生于中國的高校實(shí)驗(yàn)室，是一家高科技型光譜儀器公司。公司為科學(xué)家和工程師提供光譜產(chǎn)品、系統(tǒng)、服務(wù)。“讓光譜簡單"是公司發(fā)展理念，“光譜改變生活”是公司的愿景。