应变诱导单层WSe₂中的巨大二阶非线性极化率
光学
2025-06-24 v2
摘要
单层WSe₂（ML WSe₂）在单光子（1-p）或双光子（2-p）共振激发条件下，由于与非共振激发态相比增强了二阶非线性极化率，展现出高的二次谐波产生（SHG）效率。在本文中，我们提出了一种新颖的应变工程方法，通过调节双轴应变将两个K谷激子（A激子和高激发态激子（HX））移至双共振，从而大幅增强ML WSe₂的面内二阶非线性极化率（χ_{yyy}）。我们首先从二维Mott-Wannier模型中识别出A激子和HX，并计算了1-p或2-p共振激发下的χ_{yyy}，观察到相对于A激子情况，2-p HX共振态产生了约39倍的χ_{yyy}增强。通过施加小的均匀双轴应变（0.16%），我们观察到激子双共振态（E_HX = 2E_A，其中E_HX和E_A分别为激子吸收能量），该态相对于2-p HX共振态产生了高达额外52倍的χ_{yyy}增强，表明相对于参考文献[2]中报道的单2-p A激子共振态，总体增强了约2000倍。进一步探索应变工程激子态（双轴应变约0.16%）揭示，双共振也发生在K谷附近的其他波矢处，导致χ_{yyy}中出现其他增强态，确认了应变工程是增强χ_{yyy}的有效方法。我们的发现为通过应变工程调控二维材料的光学性质以用于新型非线性光电子应用开辟了新途径。
引用
@article{arxiv.2407.21296,
title = {Strain-Enabled Giant Second-Order Susceptibility in Monolayer WSe$_2$},
author = {Zhizi Guan and Yunkun Xu and Junwen Li and Zhiwei Peng and Dangyuan Lei and David J. Srolovitz},
journal= {arXiv preprint arXiv:2407.21296},
year = {2025}
}