石墨烯场效应晶体管中三次谐波产生的光电调制。插图包括该器件的草图和显微光学图像。
非线性光学探讨了强光（如激光）如何与材料相互作用，导致输出光改变颜色（即频率）或根据入射光的强度表现出不同的行为。这一领域对于开发高速通信系统和激光应用等先进技术至关重要。非线性光学现象能够以新颖的方式操纵光，从而在电信、医学成像和量子计算等领域实现突破。二维（2D）材料，如石墨烯–六方格中的单层碳原子–因其薄和高表面积而表现出独特的性能。石墨烯的特殊电子特性与类相对论狄拉克电子和强光-物质相互作用有关，使其在非线性光学应用方面大有可为，包括超快光子学、光调制器、超快激光器中的可饱和吸收体和量子光学。
巴斯大学物理系的哈比卜-罗斯塔米（Habib Rostami）博士与他人合著了发表在《先进科学》（Advanced Science）上的开创性研究。这项研究涉及德国耶拿弗里德里希-席勒大学实验团队与意大利比萨大学和英国巴斯大学理论团队之间的国际合作。研究旨在研究石墨烯中非线性光学的超快光电子学和热调节。
这项研究发现了一种控制基于石墨烯的场效应晶体管中高次谐波产生的新方法。研究小组研究了晶格温度、电子掺杂以及全光超快调谐六方氮化硼封装石墨烯光电器件中三次谐波产生的影响。他们展示了高达 85% 的调制深度以及门可调的超快动态，与之前的静态调谐相比有了显著改进。此外，通过改变石墨烯的晶格温度，研究小组还能增强其光学响应的调制，实现高达 300% 的调制因子。实验制造和测量在弗里德里希-席勒耶拿大学进行。罗斯塔米博士在这项研究中发挥了关键作用，他精心设计了理论模型。这些模型是与比萨大学的另一个理论团队合作开发的，旨在阐明在石墨烯中观察到的新效应。这项研究为开发光电设备的超快开关打开了大门，有可能为高速互联网和先进计算等技术带来革命性的变化。
Ultrafast Opto-Electronic and Thermal Tuning of Third-Harmonic Generation in a Graphene Field Effect Transistor
https://doi.org/10.1002/advs.202401840
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