清華大學(xué)發(fā)現(xiàn)極性斯格明子的巨大電場(chǎng)誘導(dǎo)二次諧波產(chǎn)生效應(yīng)

光學(xué)二次諧波產(chǎn)生（SHG）是一種重要的非線性光學(xué)效應(yīng)，自上世紀(jì)60年代發(fā)現(xiàn)以來被廣泛應(yīng)用在多種激光器與光電子器件中，同時(shí)作為表征分析手段在材料科學(xué)、生命科學(xué)等研究領(lǐng)域中也具有重要應(yīng)用價(jià)值。近年來，隨著電光調(diào)制器、全光開關(guān)、頻率梳、量子光源等新興集成光子學(xué)器件的發(fā)展，對(duì)研發(fā)具有高SHG調(diào)制性能的材料平臺(tái)提出了要求和挑戰(zhàn)。通常來說，傳統(tǒng)鐵電材料具有SHG效應(yīng)，在外加電場(chǎng)作用下其內(nèi)部可發(fā)生電疇翻轉(zhuǎn)、晶格畸變等過程，因而可誘導(dǎo)SHG響應(yīng)強(qiáng)度的變化。然而上述機(jī)制存在二階非線性系數(shù)較低導(dǎo)致SHG強(qiáng)度低，調(diào)制深度低、調(diào)制速率慢，以及伴生的遲滯、疲勞問題等缺點(diǎn)，限制了傳統(tǒng)鐵電材料在SHG調(diào)制方面的應(yīng)用。 dBovcc  
近年來，在PbTiO3/SrTiO3等超晶格體系中發(fā)現(xiàn)的極性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作為一種新型鐵電材料進(jìn)入了研究者的視野。極性斯格明子具有獨(dú)特的納米尺度極化構(gòu)型以及拓?fù)浔Ｗo(hù)性質(zhì)，為其光電性能調(diào)控提供了全新機(jī)遇。在外加電場(chǎng)作用下，斯格明子中的離子極化位移產(chǎn)生集體相干的、短程而有規(guī)律的變化，改變晶格的宏觀對(duì)稱性，產(chǎn)生電場(chǎng)誘導(dǎo)二次諧波產(chǎn)生效應(yīng)（EFISH）效應(yīng)。這一效應(yīng)不涉及疇壁形成與運(yùn)動(dòng)等過程，因此有望實(shí)現(xiàn)具有高調(diào)制深度、高調(diào)制速率、長(zhǎng)循環(huán)壽命、寬溫度區(qū)間的SHG調(diào)制器件。這一方面可以解決前述目前SHG調(diào)制器件的性能制約，拓展其應(yīng)用前景；另一方面，將加深對(duì)極性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的非線性光學(xué)性質(zhì)及其調(diào)控機(jī)制的理解，有望開拓出全新的集成光子學(xué)器件研究方向。 yENAc