石墨烯非線(xiàn)性光學(xué)研究獲得新進(jìn)展

　　近日，復旦大學(xué)物理學(xué)系教授吳施偉課題組聯(lián)合中國科學(xué)院長(cháng)春光學(xué)精密機械與物理研究所郭春雷中美聯(lián)合光子實(shí)驗室副研究員程晉羅、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授曾長(cháng)淦、北京大學(xué)研究員劉開(kāi)輝和加拿大多倫多大學(xué)教授J. E. Sipe，利用離子凝膠技術(shù)(ion-gel)實(shí)現了石墨烯中三階非線(xiàn)性和四波混頻非線(xiàn)性光學(xué)現象的電學(xué)調控和增強效應，并通過(guò)理論推導揭示其內在的物理機制，研究成果以Gate-tunable third-order nonlinear optical response of massless Dirac fermions in graphene 為題于倫敦時(shí)間5月21日在線(xiàn)發(fā)表在《自然-光子學(xué)》(Nature Photonics)上。

　　研究團隊揭示了躍遷通道間的干涉效應在石墨烯非線(xiàn)性光學(xué)效應中的主導作用，澄清了之前國際上不同課題組在三階非線(xiàn)性光學(xué)系數上分歧的來(lái)源，并且指出了通過(guò)化學(xué)勢來(lái)大范圍調控石墨烯非線(xiàn)性光學(xué)效應的途徑。與此同時(shí)，該研究工作制備出了國際上首個(gè)基于石墨烯三階非線(xiàn)性光學(xué)效應的電光器件，電學(xué)的調控比可達幾個(gè)數量級。鑒于近年來(lái)石墨烯在大面積低成本生長(cháng)制備方面的重大突破，這一電光調控機制有望為石墨烯產(chǎn)業(yè)提供一種殺手锏級別的高端應用。

　　程晉羅為此項研究工作提供了理論支持。

　　圖1 基于離子凝膠調控技術(shù)的石墨烯場(chǎng)效應晶體管器件示意圖

　　圖2 不同化學(xué)勢μ和光子能量下的THG信號強度