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第一作者：Boxuan Zhou, Jin Ho Kang

通讯作者：段镶锋

通讯单位：加州大学洛杉矶分校（UCLA）

论文速览：

二次谐波生成（SHG）是典型的非线性光学（NLO）过程，在激光频率转换中具有重要应用。单层二硫化钼（MoS₂）的二阶非线性光学系数（𝜒⁽²⁾）优于大多数传统非线性光学材料，但在多层中由于中心对称性的恢复而消失，严重损害了通常与厚度的平方成正比的SHG。

本论文报告了一种可扩展的单层MoS₂薄膜的组装方法，这些薄膜保留了非中心对称性，展示了单层MoS₂的固有非线性光学（NLO）易感性以及可调节的光学截面。通过SHG研究揭示了厚度依赖的超线性SHG，极大超过了单层MoS₂和GaAs单晶。

图文导读：

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图1：BM-MoS₂薄膜的制备过程和SHG增强的原理图

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图2：BM-MoS₂薄膜的制备和表征

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图3：BM-MoS₂薄膜的SHG性能

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图4：BM-MoS₂薄膜厚度依赖的SHG和电磁模拟

总结展望：

本研究成功开发了新型的BM-MoS₂薄膜，该薄膜在保留单层MoS₂的固有非线性光学特性的同时，显著提高了光学截面，实现了线性和非线性光子产生的巨大增强。特别是，BM-MoS₂薄膜的SHG增强超过了单层MoS₂两个数量级以上，比GaAs单晶高出21倍。

研究还展示了如何将2D单层材料的固有优势有效地应用于大面积块体薄膜中，实现了可扩展的光学深度和横向面积，对于实际技术应用至关重要。此外，BM-MoS₂薄膜可以通过各种大面积涂覆技术快速生产，为未来创造多样化的非线性光学功能提供了可能性，为利用2D材料制造超薄、高效、成本效益高的NLO设备开辟了可行的途径。

文献信息：

标题：Giant second harmonic generation in bulk monolayer MoS₂ thin films

期刊：Matter

DOI：10.1016/j.matt.2024.04.043

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