SIPM、テラヘルツ波によるセレン化白金の非線形挙動の研究で進歩

最近、中国科学院（CAS）上海光学精密機械研究所（SIPM）強磁場レーザー物理国家重点実験室の研究チームは、テラヘルツ帯におけるセレン化白金の非線形挙動とメカニズムの研究で進歩を遂げました。チームは、強力なテラヘルツパルス励起下での二セレン化白金のスペクトルと強度特性を体系的に調査し、非線形分極率の実部と虚部によって支配される2つの非線形プロセスを明らかにしました。関連する結果は、「2次元中心対称PtSe2におけるテラヘルツ誘発超高速非線形光学活動」としてOptics Lettersに発表されました。
テラヘルツはミリ波と赤外線光学の間の電磁スペクトル領域であり、テラヘルツ帯域での応用に向けた潜在的な材料の探索はテラヘルツ技術の開発にとって極めて重要です。2次元トポロジカル半金属白金セレン化物は、広帯域光学および光電子応答の特性により、テラヘルツ生成および変調において優れた性能を示しています。しかし、強いテラヘルツ効果下における白金セレン化物の基本的な非線形光学特性に関する体系的な研究はまだ不足しています。したがって、テラヘルツ領域で生成される白金セレン化物の非線形現象と固有のメカニズムを探索することは非常に重要です。
本研究では、研究チームは超高速テラヘルツポンピング赤外線光プローブ技術を用いて、テラヘルツパルスと白金セレン化物薄膜との相互作用について研究を行った。強いテラヘルツパルスは非線形分極によって白金セレン化物の反転対称中心を破壊し、その非線形分極率の実部を用いて強い第二高調波信号を放射する。この第二高調波信号の時間スケールはテラヘルツパルスのそれに匹敵し、高い信号対雑音比とスイッチング比を有しており、この特性がテラヘルツ変調や論理ゲートに応用できることを確認した。一方、白金セレン化物の導電性は強いテラヘルツ変調を受け、非線形分極率の虚部により非線形吸収が増強される。 この研究は、テラヘルツ領域における白金セレン化物の非線形特性を明らかにし、白金セレン化物の過渡的可逆反転対称変調を実現し、光電子デバイスや論理回路における将来の応用に向けて白金セレン化物ベースの二次元材料の可能性を広げます。
関連研究は中国国家自然科学基金によって支援されています。

図 1 (a) テラヘルツ励起赤外光検出システムの概略図。 (b) テラヘルツ励起光源の波形。 (c) テラヘルツ励起ありとなしの反射スペクトル。

図 2 (a) テラヘルツポンピング-IR 光検出システムで得られたセレン化白金の第二高調波スペクトル。 (b) 725 nm で抽出された超高速動的プロセスとテラヘルツ波形の二乗との比較。 (c) 第二高調波信号強度とテラヘルツ場強度の関係。 (d) 第二高調波信号強度の偏光特性。

図3 (a) 白金セレン化物膜の透過率とテラヘルツ場の強度の関係。 (b) 白金セレン化物の導電率とテラヘルツ場の強度の関係。