Advanced Materials:非线性光子学的新天地——基于低维金属卤化物钙钛矿的非线性光子学研究进展和挑战

非线性光子学研究是实现广泛应用的基础,如多光子激发激光,光限幅、光开关、频率上转换、超快锁模脉冲激光器、红外光探测器、非线性光学成像和诊疗等。开发新型非线性光子学材料和器件实现低功耗、高效率的现实应用成为当前的研究热点。低维金属卤化物钙钛矿因其独特的晶体和电子结构展现出远优于传统半导体的非线性光子学特性,迅速引起了学界的广泛关注,并被寄望于革新非线性光子学和光电子学应用。

自2015年首次发现以来,基于低维金属卤化物钙钛矿的非线性光子学研究取得了迅猛发展,目前急需对这一研究领域进行全面深入的总结和讨论。在前期工作的基础上,深圳大学张晗教授和华南师范大学陈伟强研究员系统总结和对比了具有不同晶体结构(从零维结构到三维结构)的低尺寸维度金属卤化物钙钛矿的三阶和高阶非线性光学性质。

更进一步,该综述深入剖析了低尺寸维度金属卤化物钙钛矿的优异非线性光学特性背后的物理机理,详尽阐明了不同内在属性(如结构、组成成分、带隙、尺寸、形状、光谱依赖性等)和外加调制策略(如开发核-壳结构、过渡金属离子掺杂、量子限制在金属有机框架材料的纳米空腔中、与光子晶体形成复合结构、与金属纳米晶体形成复合结构、与介电微球形成复合结构等)对其非线性光学特性的影响规律。

在全面和透彻解析低维金属卤化物钙钛矿的非线性光学性质的基础上,该综述系统归纳了他们在非线性光子学领域(如多光子激发激光、频率上转换、超快锁模脉冲激光器等)、非线性光电子学领域(如红外光探测器等)、以及非线性生物光子学领域(如非线性光学成像和诊疗等)的潜在应用的最新研究进展。

同时该综述深入探讨了低维金属卤化物钙钛矿在制备方法、稳定性和毒性等方面仍存在的问题,以及详细总结了可能的解决方案。该综述最后展望了基于低维金属卤化物钙钛矿的非线性光子学研究中所面临的挑战和机遇。

相关工作以“Nonlinear photonics using low-dimensional metal-halide perovskites: recent advances and future challenges” 为题,在线发表在Advanced Materials上(DOI: 10.1002/adma.202004446)。

上述研究工作得到了国家重点研发计划(2019YFB2203503)、国家自然科学基金项目(61905078, 61875138, U1801254,和 61961136001)、广州市科技计划(2019050001)、广东省青年珠江学者计划、广东省基础与应用基础研究基金项目(2019A1515011136)、深圳市科技创新基金项目(JCYJ20170811093453105,JCYJ20180307164612205,GJHZ20180928160209731)的支持。