SIPM dělá pokrok ve studii silného nelineárního chování selenidu platiny vyvolaného terahertzem

Nedávno výzkumný tým ze Státní klíčové laboratoře fyziky silného laseru, Šanghajský institut optiky a přesných strojů (SIPM), Čínská akademie věd (CAS), dosáhl pokroku ve studiu nelineárního chování a mechanismu platiny. selenid v terahertzovém pásmu. Tým systematicky zkoumal spektrální a intenzitní charakteristiky diselenidu platiny při silné terahertzové pulzní excitaci a odhalil dva nelineární procesy, kterým dominuje skutečná a imaginární část nelineární polarizace. Související výsledky jsou prezentovány jako "Terahertzem spouštěné ultrarychlé nelineární optické aktivity ve dvourozměrném centrosymetrickém PtSe2" v Optics Letters.
Terahertz je oblast elektromagnetického spektra mezi milimetrovou vlnovou a infračervenou optikou a zkoumání potenciálních materiálů pro aplikace v terahertzovém pásmu je zásadní pro vývoj terahertzové technologie. Dvourozměrný topologický semimetalický selenid platiny prokázal vynikající výkon při generování a modulaci terahertzů díky svým vlastnostem širokopásmové optické a optoelektronické odezvy. Stále však existuje nedostatek systematických studií o základních nelineárních optických vlastnostech selenidu Pt při silných terahertzových účincích. Proto je velmi důležité prozkoumat nelineární jevy a vnitřní mechanismy selenidu platiny generovaného v terahertzové doméně.
V této studii výzkumný tým provedl studii interakce terahertzových pulzů s tenkými vrstvami selenidu platiny pomocí technologie ultrarychlé terahertzové pumpovací infračervené fotosondy. Silný terahertzový puls naruší inverzní střed symetrie selenidu platiny nelineární polarizací a vyzáří silný druhý harmonický signál využívající skutečnou část jeho nelineární polarizační rychlosti. Časová škála tohoto druhého harmonického signálu je srovnatelná s terahertzovým pulsem a má vysoké poměry signálu k šumu a přepínání, což potvrzuje, že tuto vlastnost lze aplikovat na terahertzovou modulaci a logická hradla. Na druhé straně je vodivost selenidu platiny vystavena silné terahertzové modulaci a vykazuje zvýšenou nelineární absorpci díky imaginární části nelineární polarizace. Tato práce odhaluje nelineární povahu selenidu platiny v terahertzové oblasti, realizuje přechodnou reverzibilní inverzní modulaci symetrie selenidu platiny a rozšiřuje potenciál dvourozměrných materiálů na bázi selenidu platiny pro budoucí aplikace v optoelektronických zařízeních a logických obvodech.
Související práce je podporována National Natural Science Foundation of China.

Obr. 1 (a) Schéma systému detekce infračerveného světla s terahertzovým čerpadlem. (b) Tvar vlny zdroje terahertzového čerpadla. (c) Spektra odrazivosti s a bez terahertzového čerpání.

Obr. 2 (a) Spektrum druhé harmonické selenidu platiny získaného pomocí terahertzového čerpání-IR optického detekčního systému. (b) Porovnání ultrarychlého dynamického procesu extrahovaného při 725 nm s druhou mocninou terahertzového průběhu. (c) Intenzita signálu druhé harmonické versus síla terahertzového pole. (d) Polarizační povaha síly signálu druhé harmonické.

Obr. 3 (a) Transmitance filmu selenidu platiny vs. terahertzová intenzita pole. (b) Vodivost selenidu platiny versus terahertzová intenzita pole.