中国半导体十大研究进展候选推荐（2021-040）——量子点多光子激发共振能量转移增强二维材料光学非线性

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工作简介

         ——量子点多光子激发共振能量转移增强二维材料光学非线性

2021年4月30日，电子科技大学熊杰教授和北京大学物理学院刘开辉教授课题组合作在非线性光学领域取得重要进展。研究团队创造性提出基于量子点的多光子激发共振能量转移，实现了二维材料光学非线性信号的有效增强。相关研究成果以“Giant enhancement of optical nonlinearity in two-dimensional materials by nonlinear-excitation resonance energy transfer from quantum dots”为题发表在《自然·光子学》杂志。

二维材料具有高次谐波、饱和吸收等丰富的光学非线性，在纳米激光器、纳米光学元件和光通信电路等领域具有广泛的应用前景。然而，受限于单原子层厚度，二维材料光与物质相互作用距离较短，产生非线性信号强度较低，难以满足器件的实际应用。针对此难题，研究团队将能量转移应用到非线性光谱调控，通过异质界面量子耦合实现了二维材料非线性光学增强。实验发现，通过简单旋涂量子点至二硫化钼表面，可实现二硫化钼二次谐波三个量级的信号增强。得益于量子点超强的多光子吸收及谐波信号缺失，基频光激发下量子点多光子激发能量通过电偶极子间耦合相互作用，共振转移给临近二硫化钼，实现二硫化钼谐波信号有效增强。同时，实现发现，该机理具有很好的普适性，可以实现包括二次谐波、三次谐波、四次谐波等不同阶数的谐波信号增强。

图1. 量子点多光子激发共振能量转移增强二维材料光学非线性。（a）量子点/二硫化钼异质结非线性光谱探测示意图；（b）量子点有效增强二硫化钼二次谐波光谱；（3）通过偶极子相互作用多光子激发能量转移示意图。

作者利用量子点的特性，通过多光子能量转移实现二维材料高效、普适的非线性光学增强。该研究成果提供了通过表界面量子耦合调控二维材料光学非线性的新方法，二维材料有效光学非线性增强将促进其在纳米光子和光电子器件中的广泛应用。

该研究得到了自然科学基金委、科技部等的大力支持。

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作者简介

通讯作者

熊杰，电子科技大学教授，博导，长江学者特聘教授。

长期从事量子薄膜材料生长和集成器件应用研究。以第一作者或通讯作者在Science、Nature、Nature Photonics、Advanced Materials等发表130余篇，研究成果入选“中国高校十大科技进展”，主持国家自然科学基金、科技部等10余项科研项目，授权发明专利50项，出版专著/教材（章节）5本。

通讯作者

刘开辉，北京大学博雅特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者，2021年“科学探索奖”获得者。

长期从事低维材料生长、光谱物理和器件应用研究。在国际学术期刊上发表论文100余篇，其中包括通讯/第一作者文章：Nature 2篇、Nature子刊16篇；主编专著1部，获授权发明专利37项。Google scholar 引用>8200, H-index为51。担任Science Bulletin副主编、Nanotechnology及Journal of Physics D编委。应邀在国际石墨烯高峰论坛、国际碳材料光子学会议、国际碳纳米管光学会议、华为技术论坛等做邀请报告50余次。

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原文传递

详情请点击论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41566-021-00801-2

《半导体学报》简介：

《半导体学报》是中国科学院主管、中国电子学会和中国科学院半导体研究所主办的学术刊物，1980年创刊，首任主编是王守武院士，黄昆先生撰写了创刊号首篇论文，2009年改为全英文刊Journal of Semiconductors（简称JOS），同年开始与IOPP英国物理学会出版社合作向全球发行。现任主编是中科院副院长、国科大校长李树深院士。2019年，JOS入选“中国科技期刊卓越行动计划”。2020年，JOS被EI收录。

“中国半导体十大研究进展”推荐与评选工作简介：

《半导体学报》在创刊四十年之际，启动实施 “中国半导体年度十大研究进展”的推荐和评选工作，记录我国半导体科学与技术研究领域的标志性成果。以我国科研院所、高校和企业等机构为第一署名单位，本年度公开发表的半导体领域研究成果均可参与评选。请推荐人或自荐人将研究成果的PDF文件发送至《半导体学报》电子邮箱：[e-mail]，并附简要推荐理由。被推荐人须提供500字左右工作简介，阐述研究成果的学术价值和应用前景。年度十大研究进展将由评审专家委员会从候选推荐成果中投票产生，并于下一年度春节前公布。

JOSarXiv预发布平台简介：

半导体科技发展迅猛，科技论文产出数量逐年增加。JOSarXiv致力于为国内外半导体领域科研人员提供中英文科技论文免费发布和获取的平台，保障优秀科研成果首发权的认定，促进更大范围的学术交流。JOSarXiv由《半导体学报》主编李树深院士倡导建立，编辑部负责运行和管理，是国内外第一个专属半导体科技领域的论文预发布平台，提供预印本论文存缴、检索、发布和交流共享服务。

JOSarXiv于2020年1月1日正式上线（http://arxiv.jos.ac.cn/），通过《半导体学报》官网（http://www.jos.ac.cn/）亦可访问。敬请关注和投稿！

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