Small:低维钙钛矿材料非线性光学研究新进展

非线性光学效应如谐波产生、多光子吸收、非线性折射等在激光、生物成像、光学调制等领域有着重要的应用。但对于传统三维半导体材料来说,其较小的非线性极化率导致了较低的非线性光学转化效率,限制了其在这些应用方向上的进一步突破。从光场调控角度优化这些材料的非线性光学转换效率或者从材料工程角度寻找具有更强的非线性光学效应的材料是该领域研究者重点关注的核心问题。钙钛矿材料的出现则给该问题的解决带来了一线曙光。凭借优异的光学电学性能,钙钛矿材料已经在光伏、发光器件等方面取得了巨大成就。同时,钙钛矿中强的光与物质相互作用也赋予钙钛矿材料出色的光学非线性性能。尤其是在近年来新兴的低维钙钛矿材料的中,强量子限域效应的引入使其展现出了诸多不同于三维半导体材料的新颖非线性光学性质,从而引起人们的浓厚兴趣。

澳门大学邢贵川教授与华南师范大学吴波教授近日在期刊Small上综述了近年来在低维钙钛矿材料非线性光学领域取得的最新进展。

图1. 低维钙钛矿中非线性光学效应。

作者首先阐述了非线性光学效应的基本原理和分类,讨论了低维材料中量子限域和介电限域效应对材料非线性光学性质的影响。之后对具有强量子效应的低维钙钛矿纳米结构(如量子点、纳米片)和新兴的原子级低维钙钛矿量子阱材料近年来在二阶,三阶和高阶非线性光学性质的研究进展进行了系统的分类总结与评述。与三维钙钛矿材料相比,低维钙钛矿在多光子吸收,谐波产生等方面显示出了可观的优势。文中对背后的潜在增强机理如激子效应、结构对称性破缺等因素进行了分析与讨论。最后,作者讨论了低维钙钛矿材料在多光子成像、红外光探测、全光开关与光学调制等方面的应用潜力以及现阶段在低维非线性光学理论、材料制备和稳定性改善等方面存在的问题和挑战。

图2、二维层状钙钛矿量子阱材料与三维体相钙钛矿、传统无机半导体材料的双光子吸收系数对比统计结果。

论文信息:

Advances of Nonlinear Photonics in Low-Dimensional Halide Perovskites

Gang Wang, Shiliang Mei, Jinfeng Liao, Wei Wang, Yuxin Tang, Qing Zhang, Zikang Tang, Bo Wu*, Guichuan Xing*

Small

DOI: 10.1002/smll.202100809

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202100809