照亮量子光子学的未来 一种新现象为新型量子应用打开了大门

当石墨烯纳米柱受到应变时，会产生频率为入射波两倍的光波。资料来源：NTU

从材料分析到量子计算，非线性光学对许多技术进步都至关重要。与非线性光学相关的一个过程是二次谐波发生（SHG），即频率倍增。

当进入的光波与具有非线性光学特性的材料相互作用时，会产生频率为其两倍的另一种光波，这就是二次谐波发生（SHG）。

只有一个原子厚度的石墨烯为微型光子非线性器件的开发带来了巨大希望。然而，石墨烯原子的对称排列抑制了 SHG 的产生。

为了打破这种对称性，南洋理工大学电气与电子工程学院的研究人员在 Nam Donguk 副教授和博士生 Lu Kunze 的共同领导下，制造了一个纳米级石墨烯支柱阵列。然后，他们在纳米柱的边缘施加非均匀应变，观察到石墨烯中出现了一种前所未见的 SHG。

石墨烯纳米柱的扫描电子显微镜图像。资料来源：南洋理工大学。

新型SHG比在六方氮化硼中观察到的SHG强30%，六方氮化硼是一种常用于光学和光子学应用的材料。在接近绝对零度的超低温下，这种新型 SHG 的强度也比室温下的强度高出近 50 倍。

据 Nam 副教授称，这一发现为石墨烯在量子光子设备等创新领域的应用带来了新的机遇。

这一突破发表在《自然-通讯》（2023）上的 “Strong Second-harmonic generation by sublattice polarization in non-uniformly strained monolayer graphene “一文中，DOI: 10.1038/s41467-023-38344-5。

文章首发于南洋理工大学的研究与创新杂志《推动前沿》（2024 年 3 月第 23 期）。