单层二硫化钼界面诱导范德华层状铁电CuInP2S6二次谐波响应巨大调控
【1】研究背景
二维范德华(vdW)层状铁电材料因其在单层极限下仍能保持稳定的铁电性而受到广泛关注，它们在纳米电子学和光电子学等领域具有巨大的应用潜力。典型的二维铁电材料包括具有面外极化的CuInP2S6 (CIPS)，具有面内极化的SnTe，以及同时具有面外面内极化的α-In2Se3。其中，CIPS作为一种具有室温以上居里温度(TC)的稳定二维铁电材料，展现出强大的电学和光学特性。另外，CIPS与其他vdW材料结合形成铁电异质结构，使其在多功能和可重构器件等领域中具有广阔应用前景，例如非易失性存储器、负电容场效应晶体管、铁电二极管和隧道结等。然而，关于CIPS等二维铁电及其异质结构的非线性光学响应研究仍较少。因此，如何实现CIPS及其异质结构中的非线性光学响应探测与调控，对于理解二维铁电的非线性光学性质，以及实现vdW铁电异质结构在纳米尺度非线性光学调制器、光信息存储和非线性光学成像中的应用，具有重要的科学和应用价值。
【2】研究工作简介
本研究报道了在CIPS及其与单层二硫化钼(MoS2)异质结构中观察到的巨大且可调的二次谐波(SHG)响应。研究发现，从多层到块体的CIPS样品，都表现出强烈的SHG响应，并且具有显著的各向异性。通过与单层MoS2形成的异质结界面，实现了对CIPS中SHG的强调控。通过结合偏振、温度和厚度依赖的SHG和光致发光(PL)分析，揭示了CIPS/MoS2异质结构中SHG信号的调控机制主要是由光吸收介导界面耦合决定，而非材料极性对称性。相关研究成果以“Giant Modulation of Second-Harmonic Generation in CuInP2S6 by Interfacing with MoS2 Atomic Layers”为题，发表在《ACS Nano》期刊上。
【3】工作的亮点、新颖性和意义
1. 发现了CIPS在从少层到块体的厚度范围内均表现出强烈的SHG响应，且各向异性显著，表明其非中心对称结构的有效性。
2. 通过与单层MoS₂的界面耦合，实现了SHG信号的强调控，表明了CIPS与过渡金属二硫属化物异质结构在非线性光学应用中的潜力。
3. 揭示了CIPS/MoS2异质结构中SHG信号调控机制是光吸收介导界面耦合，而非传统的极性对称性耦合，这一发现为理解和设计新型非线性光电材料与器件提供了新视角。
【4】论文信息
作者：Dawei Li, Xinyi Hou, Fanyi Kong, Kun Wang, Xia Hong
文章题目：Giant Modulation of Second-Harmonic Generation in CuInP2S6 by Interfacing with MoS2 Atomic Layers
期刊名：ACS Nano
年份：2024
DOI号：doi.org/10.1021/acsnano.4c12352
全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c12352
撰稿人：侯心怡、李大卫