Атомные монослои как новый объект нелинейной оптики
Согласно классической теории, реализация нелинейно-оптических явлений второго порядка возможна только в нецентросимметричных средах. Не смотря на это, макроскопически центросимметричная среда (среда с центром инверсии) допускает генерацию второй гармоники. Необходимым условием является сокращение толщины среды вплоть до нескольких атомных слоев. В качестве таких сред могут использоваться такие 2D материалы как графен, нитрид бора, дисульфид молибдена. Причем, ранее отмечалось, что генерация второй гармоники в дисульфиде молибдена с нечетным количеством атомных плоскостей на порядок по величине интенсивнее, чем в случае четного количества плоскостей. Главный результат последней работы состоит в наблюдении усиленной генерации второй гармоники на краях (границах) таких сред в результате нарушения трансляционной симметрии. Эти области поддерживают сильно локализованные электронные состояния и являются источниками излучения на удвоенной частоте. Однако, для этого требуется чтобы частота основного лазерного излучения попадала в область двухфотонного резонанса (поглощения). На рисунке приведены картины распределения интенсивности второй гармоники генерируемой в 2D материале при накачке на длинах волн основного излучения 1280 и 1300 нм. Сравнение этих распределений показывает, что во втором случае интенсивность второй гармоники на краях заметно выше.
Картины генерации второй гармоники в атомных слоях дисульфида молибдена: a) 1280 нм; b) 1300 нм. c) Поперечный срез распределения интенсивности на рисунках (a-b) свидетельствует об усилении генерации второй гармоники на границах при накачке основным излучением на длине волны 1300 нм (красная кривая),
резонансной двухфотонному поглощению в дисульфиде молибдена.
-
Xiaobo Yin et al., Edge Nonlinear Optics on a MoS2 Atomic Monolayer, Science 344, 488 (2014)
-
Обзор работы:
Dragomir Neshev and Yuri Kivshar, Nonlinear Optics Pushed to the Edge, Science 344, 483 (2014)