激光脉冲在非晶态介电材料中制造出非线性效应

激光脉冲在非晶态介电材料中制造出非线性效应

一个全新的，全光学技术，用来在材料中制造二阶非线性 效应，这一效应在通常的情况下并不会支持新的选择来制造光学计算机、告诉数据处理器、生物影响中的这一效应（非线性效应）。来自佐治亚理工学院（Georgia Institute of Technology），简称Georgia Tech的研究人员发展了这一技术，采用红色激光来制造出非线性效应。

在他们的实验中，研究人员在实验里，在中心对称的TiO2板条的表面上制造了一个微小的等离子金三角。他们利用红色的激光点燃TiO2/Au结构。激光束作为光束开关，打破材料的晶体对称性。当在TiO2板条上排列的金三角被点燃的时候，激光脉冲开始激发电子，并且这一激发会将光束从从非晶TiO2板条中弹回的二阶激光在短暂的时间内翻倍。

佐治亚理工学院的研究人员展示了在TiO2板条上利用红色的激光进行频率翻倍在金的小三角内来制造非线性效应。蓝色的光束表明光的倍频和绿色的激光控制热的电子的迁移。

研究人员在展示实验的研究现象

光学开关激发金三角内的高能电子，并且电子从三角的尖端迁移到TiO2氧化物中。由于电子从TiO2板条中的迁移主要发生在三角的尖端，电子的迁移就成为空间对称的一个过程， 稍纵即逝的在光学层面破坏TiO2氧化物晶体的对称性。

研究团队观察了诱导的对称破坏效应，几乎是在红色脉冲激光激发的时候同步发生的。

现在研究人员在光学层面破坏了晶体的传统上的线性材料（如非晶的TiO2）的晶体对称性，较宽范围内的光学材料均可以适用于微观和纳米层面的主流应用的领域，如高速光数据处理的应用场合。

采用激光实现对倍频的控制

诱导的二阶非线性的的生命周期取决于在脉冲结束之后，电子从TiO2迁移到金三角的速度有多块。在研究人员的报道中，诱导的非线性效应持续了几皮秒，此时研究人认为这一时间对大多数的短脉冲应用场合来说，时间是足够的。稳定的、连续的激光可以使得非线性效应的持续时间同激光激发的时间一样长，前提是只要激光是持续的。

诱导的非线性的强度取决于电子从金三角迁移到TiO2板条的数量。研究结果表明，可以通过红色激光的强度来控制电子迁移的数量。增加光学开关的强度可以在金三角内产生更多的电子，从而可以输送更多的电子到TiO2板条中。

通过热电子转移来打破反演对称的过程示意图

需要开展额外的工作来进一步的证明所观察到的现象，从而可以证明中心对称的材料的晶体对称性可以通过光学的办法来打破，这是通过非对称的电子迁移来实现的。研究人员需要进一步的研究来告诉我们，什么样的金属/半导体材料的组合平台是可行的，什么样的形状和尺寸可以最大化诱导的二阶非线性效应，什么范围内的激光波长可以用来作为光学开关。

等离子体平台 静态和瞬态的二阶非线性表征

倍频是应用这一新技术的最大的潜在应用

。研究人员相信，他们的发现不仅为非线性纳米光子的应用提供了各种机会，同时还在量子电子隧穿领域中也将扮演着重要的角色。事实上，这一领域知识的积累，我们的研究团队将设计新的典范来引导对称性破坏技术作为混合材料平台中监控电子的量子隧穿的光学探头。现在，实现这一挑战的目标只有扫描隧道显微镜（STM）技术，而这一技术存在速度慢，而且产出和敏感性也差。

无热电子转移时的二阶非线性反应的动力学

瞬时的线性和非线性极化效应

文章来源： Transient Second-Order Nonlinear Media: Breaking the Spatial Symmetry in the Time Domain via Hot-Electron Transfer

Mohammad Taghinejad, Zihao Xu, Kyu-Tae Lee, Tianquan Lian, and Wenshan Cai

Phys. Rev. Lett. 124, 0 – Published 2 January 2020,DOI: Tech，Physical Review Letters.

文章来源：《国际药学研究杂志》 网址: http://www.gjyxyjzz.cn/zonghexinwen/2020/1014/375.html