近期，中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室研究团队，在关于硒化铂在太赫兹波段的非线性行为和机理研究方面取得进展。研究团队系统研究了二硒化铂在强太赫兹脉冲激发下的光谱特征和光强特征，揭示了由非线性极化率实部和虚部主导的两种非线性过程。相关成果以“Terahertz－triggered ultrafast nonlinear optical activities in two－dimensional centrosymmetric PtSe2”为题发表在Optics Letters上。
太赫兹是介于毫米波和红外光学之间的电磁波谱区域，探索应用于太赫兹波段的潜在材料对太赫兹技术的发展至关重要。二维拓扑半金属硒化铂得益于其具有宽带光响应和光电响应的特性，在太赫兹产生和调制方面展现出了优异性能。然而，关于硒化铂在强太赫兹作用下的基本非线性光学性质仍然缺乏系统研究。因此，探索硒化铂在太赫兹域产生的非线性现象和内在机制具有重要意义。
该研究中，研究团队利用超快太赫兹泵浦－红外光探测技术开展了太赫兹脉冲与硒化铂薄膜相互作用的研究。强太赫兹脉冲通过非线性极化方式打破了硒化铂的反转对称中心，并利用其非线性极化率实部作用辐射出强的二次谐波信号。该二次谐波信号的时间尺度与太赫兹脉冲时间尺度相当，并具有较高的信噪比和开关比，证实该性质可应用于太赫兹调制和逻辑门。另一方面，由于非线性极化率虚部的作用，硒化铂的电导率受到了强太赫兹的调制，表现出了非线性吸收增强的现象。该工作揭示了硒化铂在太赫兹区域的非线性性质，实现了硒化铂的瞬态可逆的反转对称性调控，拓宽了硒化铂类二维材料在未来光电器件和逻辑电路中的应用潜力。
相关工作得到国家自然科学基金等支持。
图1 （a）太赫兹泵浦－红外光探测系统示意图。（b）太赫兹泵浦源波形图。（c）有和无太赫兹泵浦作用下的反射光谱。
图2 （a）太赫兹泵浦－红外光探测系统下获得的硒化铂的二次谐波光谱。（b）725 nm处提取的超快动态过程与太赫兹波形的平方的对比。（c）二次谐波信号强度与太赫兹场强的关系。（d）二次谐波信号强度的偏振性质。
图3 （a）硒化铂薄膜透过率与太赫兹场强的关系。（b）硒化铂电导率与太赫兹场强的关系。