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NEW 廉东日教授研究组在石墨烯中查明新的非线性光特性
- 2021-03-17
- 7845
2021-02-01
我校研究组查明了"梦想新材料"石墨烯中出现的新光学现象。因此，有望用于以二维物质为基础的超高速光信号处理或量子通信、量子传感器等量子技术领域。
廉东日（物理系，研究生院能源系统系，照片左）研究组表示，已经查明了两张断层石墨烯叠在一起时，出现了大幅提高的非线性光信号。相关内容是题为《在两层石墨烯中通过调整扭曲角度产生三级协调波(Enhanced third-harmonic generation by manipulating the twist angle of bilayer graphene)》的论文。刊登在光学领域国际学术杂志《光:科学与应用(Light: Science & Applications) IF=13.714, IF(%)=2.577》1月21日网络版。
亚洲大学研究生院的河成周（博士课程，照片中间）、朴南勋（博士毕业，照片右侧）作为第一作者参与了此次研究，亚洲大学新材料工程系教授李在贤、化学系教授柳英东、物理学教授朴志勇、研究生院能源系统系教授安光俊和首尔市立大学教授郑在一（物理学）也一同参与了研究。
由单一碳素原子层组成的代表性二维物质石墨烯（graphene）不仅具有高度的传导性和透明性，而且具有灵活性，因此作为新一代电元件及光学元件的基础的未来材料备受关注。如果在断层石墨烯上斜着叠加其他断层石墨烯，就会出现由无限制花纹(Moire pattern)组成的超晶格(superlattice)结构，而此时根据扭曲角度，电阻干脆消失的超导体或完全不通电的绝缘体等现有断层石墨烯中看不到的独特物理现象，最近备受关注。无花纹，是指将具有细密周期的网或两张布料斜叠在一起时，形成比原来周期更大的周期的超格子花纹。
廉东日教授的研究组注意到，进入被强光扭曲的两层石墨烯时发生的非线性光学现象。特别是，根据两层石墨烯的超晶格结构，形成电子状态密度的半霍夫特异点（van Hove singularity，固体物理领域中电子状态密度函数具有峰状不连续性，特异点之间的能量间隙达到入社光能的三倍时，会产生大幅提高的三次调谐波。研究组通过前期控制，获得了比断层石墨烯最高提高60倍的非线性光波长转换信号。
廉东日教授说:"通过这次研究，首次发现石墨烯的积层角度会成为控制和提高二维物质非线性光特性的新变数"，"今后可以利用二维物质的非线性光特性，为超高速光信号处理和量子技术领域的光源应用做出贡献"。
此次研究是在韩国研究财团中坚研究者支援事业和韩国能源技术评价院能源人力培养事业的支援下进行的。
（左）扭曲的两层石墨烯的光学显微镜照片。每个颜色以不同的旋转角度表示叠层区域。（右）在两层石墨烯中测定的三次谐波产生图像
（注：本文出现的所有人名均系音译）