二硒化鎢為光子技術發展再助力

韓國大邱慶北科學技術院（DGIST）研究團隊通過二維材料二硒化鎢（WSe2）的波段特性，開發出一種新型“雙諧振法 ”，能夠大幅提高二維材料中的光子轉換效率，為未來光子學領域的研究與進步提供助力。相關成果發表在《Nano Letters》。

光子學是研究以光子為資訊載體的科學，在半導體雷射器、光通信器件、光電探測器和新材料等領域有著廣闊的應用前景。因此，研究和探索光子產生的過程，對未來光子技術以及光子器件的發展有著重要的意義。

DGIST研究團隊通過二硒化鎢獨特的能帶特性，在基於“非線性二次諧波生成”（SHG）的方法上，提出了“雙共振光學總和頻率生成”（SFG）方法，實現了光子轉換效率的成倍增加。SHG是一種光學過程，其中具有相同頻率的兩個光子與非線性材料相互作用，並產生具有兩倍能量的新光子，從而實現頻率加倍。

二硒化鎢（WSe2）是一種類石墨烯二維材料，其結構是由上下各一層硒原子連接中間1層鎢原子所組成，具有高電子傳導性、原子級厚度、直接能隙（單層結構）、快速電子轉移、贗自旋等獨特性能，此外二硒化鎢是世界上熱傳導率最低的材料，僅為鑽石的10萬分之一。因此，二硒化鎢在光電、催化、化學與生物傳感、超級電容器、太陽能電池及鋰離子電池等領域有著非常廣闊的應用前景。

研究團隊發現二硒化鎢由各種 "共振點 "組成，對被稱為 "光子 "的光粒子的吸收可以作出敏感反應。他們在WSe2中選擇了兩個分別稱為A和D激子的共振點，發現當使用兩個激勵脈衝（ω1和ω2）照射WSe2時，兩個脈衝中的一個（ω1）被調到A激子上，它們的和頻（ω1+ω2）被調到D激子上，信號是單共振模式的20倍。此外，使用SFG方法產生光子的強度比SHG高一個數量級。

這些研究結果顯示了先進光子器件發展的巨大潛力。J.D. Lee教授表示，雙共振SFG方法不僅為非線性光譜和微觀方法，而且為使用二維半導體的非線性光學和技術提供了新的科學見解。這些研究有可能將基於光子學的應用提升到一個新的水準，例如醫療方面，可以通過更好的光學成像儀器獲得更便宜的診斷方法。

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