SIPM macht Fortschritte bei der Untersuchung des durch starke Terahertz-Strahlung induzierten nichtlinearen Verhaltens von Platinselenid

Kürzlich hat ein Forschungsteam des State Key Laboratory of Strong-Field Laser Physics, Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery (SIPM), Chinese Academy of Sciences (CAS), Fortschritte bei der Untersuchung des nichtlinearen Verhaltens und Mechanismus von Platinselenid im Terahertz-Band erzielt. Das Team untersuchte systematisch die Spektral- und Intensitätseigenschaften von Platindiselenid unter starker Terahertz-Pulsanregung und entdeckte dabei zwei nichtlineare Prozesse, die von den Real- und Imaginärteilen der nichtlinearen Polarisierbarkeit dominiert werden. Die entsprechenden Ergebnisse werden in Optics Letters unter dem Titel „Terahertz-getriggerte ultraschnelle nichtlineare optische Aktivitäten in zweidimensionalem zentrosymmetrischem PtSe2“ vorgestellt.
Terahertz ist ein Bereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen Millimeterwellen und Infrarotoptik, und die Erforschung potenzieller Materialien für Anwendungen im Terahertz-Band ist für die Entwicklung der Terahertz-Technologie von entscheidender Bedeutung. Das zweidimensionale topologische halbmetallische Platinselenid hat dank seiner breitbandigen optischen und optoelektronischen Reaktion eine hervorragende Leistung bei der Terahertz-Erzeugung und -Modulation gezeigt. Es mangelt jedoch noch an systematischen Studien zu den grundlegenden nichtlinearen optischen Eigenschaften von Pt-Selenid unter starken Terahertz-Effekten. Daher ist es von großer Bedeutung, die nichtlinearen Phänomene und intrinsischen Mechanismen von im Terahertz-Bereich erzeugtem Platinselenid zu erforschen.
In dieser Studie untersuchte das Forschungsteam die Wechselwirkung von Terahertz-Impulsen mit dünnen Platinselenidfilmen mithilfe der ultraschnellen Terahertz-Pump-Infrarot-Photosondentechnologie. Der starke Terahertz-Impuls durchbricht das Inversionssymmetriezentrum von Platinselenid durch nichtlineare Polarisation und strahlt ein starkes zweites harmonisches Signal aus, wobei der Realteil seiner nichtlinearen Polarisationsrate verwendet wird. Die Zeitskala dieses zweiten harmonischen Signals ist mit der des Terahertz-Impulses vergleichbar und weist hohe Signal-Rausch- und Schaltverhältnisse auf, was bestätigt, dass diese Eigenschaft auf Terahertz-Modulation und Logikgatter angewendet werden kann. Andererseits wird die Leitfähigkeit von Platinselenid einer starken Terahertz-Modulation unterzogen und weist aufgrund des imaginären Teils der nichtlinearen Polarisierbarkeit eine verstärkte nichtlineare Absorption auf. Diese Arbeit enthüllt die nichtlineare Natur von Platinselenid im Terahertz-Bereich, realisiert die vorübergehende reversible Inversionssymmetriemodulation von Platinselenid und erweitert das Potenzial von zweidimensionalen Materialien auf Platinselenidbasis für zukünftige Anwendungen in optoelektronischen Geräten und Logikschaltungen.
Die entsprechende Arbeit wird von der National Natural Science Foundation of China unterstützt.

Abb. 1 (a) Schematische Darstellung des Terahertz-gepumpten Infrarotlicht-Erkennungssystems. (b) Wellenform der Terahertz-Pumpquelle. (c) Reflexionsspektren mit und ohne Terahertz-Pumpen.

Abb. 2 (a) Zweite-Harmonische-Spektrum von Platinselenid, erhalten mit einem optischen Terahertz-Pump-IR-Erkennungssystem. (b) Vergleich des bei 725 nm extrahierten ultraschnellen dynamischen Prozesses mit dem Quadrat der Terahertz-Wellenform. (c) Zweite-Harmonische-Signalintensität gegenüber der Terahertz-Feldstärke. (d) Polarisationsnatur der zweiten-Harmonischen-Signalstärke.

Abb. 3 (a) Transmission des Platinselenidfilms gegenüber der Terahertz-Feldstärke. (b) Platinselenid-Leitfähigkeit gegenüber der Terahertz-Feldstärke.