WSe₂单层晶体管中二次谐波产生的电学控制

非线性光学频率转换——其中光场与非线性介质相互作用产生新的频率——在现代光子系统中普遍存在。然而，产生此类现象的非线性电极化率通常难以在给定材料中进行调控，因此到目前为止，对光学非线性的动态控制仍局限于研究实验室中作为光谱工具使用。在这里，我们报道了一种在单层WSe₂——一种原子级薄的半导体——中通过电学手段调控二阶光学非线性的机制。我们表明，通过场效应晶体管中的静电掺杂，在A激子共振处的二次谐波产生强度在低温下可调超过一个数量级，在室温下可调近4倍。这种可调性源于单层半导体中强烈的激子充电效应，使得对激子和三激子共振处的振子强度能够实现异常精确的控制。激子增强的二次谐波产生相对于激发激光呈反圆偏振，这是由单层中具有相反螺旋度的双光子选择定则和单光子选择定则的组合所导致的。我们的研究为基于二维半导体的芯片尺度、电可调非线性光学器件铺平了道路。