近日，深圳大学张晗教授课题组联合天津大学冯亚青教授、南开大学徐加良教授在二维石墨炔（graphdiyne）材料的光学研究领域取得了重要性进展，弥补了石墨炔非线性光学研究的空白。该成果刊登于国际顶级学术期刊Advanced Materials上。
该成果证明了石墨炔这种由sp-和sp2-杂化的层状碳原子材料在可见光波段具有理想的非线性响应特性，这为其在非线性光学领域的应用提供了有力保障。利用二维石墨炔的这一强非线性特性，该研究团队的工作者们巧妙地将这种新型材料应用到了非线性光子二极管中，并引入了另外一种反饱和吸收材料二硫化锡(SnS2)，将这两种二维材料以液态的形式或者成薄膜的固态形式紧靠在一起制备成一种复合结构，即非线性光子二极管。研究结果表明，该复合结构能够实现光的非互易性传播，从而在光子二极管中得以应用。此外，利用该复合结构对光的非互易性传播特性，一种用来估算材料非线性折射率的方法也被提了出来，即相似对比法。通过对比，该结果表明石墨炔的非线性折射率可达~10-5 cm2 W-1。石墨炔材料展现出来的强非线性效应，不仅为其在光子二极管中的应用提供了可能，而且在全关调制、全关开关中也展现出了理想的应用前景。
图1. 基于二维石墨炔/二硫化锡材料的液态形式的光子二极管。（a）实验原理图； （b）激光从正反两个方向通过复合材料的结果示意图；（c）单独的石墨炔与二硫化锡激发的衍射环个数变化情况；（d）激光透过二硫化锡材料的光强变化情况；（e）波长为532 nm时，该二极管的非互易性传播结果；（f）波长为671 nm时，该二极管的非互易性传播结果。
图2. （a）薄膜形式的光子二极管的制备过程；（b，c）固态形式的光子二极管结构；（d, e）激光从正反两个方向通过光子二极管的结果示意图；（f，g）波长为532 nm和671 nm时，光的非互易性传播结果。
本项研究得到了国家自然科学基金、深圳市科技创新委员会项目、澳门科技发展基金项目的大力支持。
该论文作者为：Leiming Wu, Yuze Dong, Jinlai Zhao, Dingtao Ma, Weichun Huang, Ye Zhang, Yunzheng Wang, Xiantao Jiang, Yuanjiang Xiang, Jianqing Li, Yaqing Feng, Jialiang Xu, Han Zhang
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201807981
Kerr Non-Linearity in 2D Graphdiyne for Passive Photonic Diodes
Adv. Mater., 2019, DOI: 10.1002/adma.201807981
导师介绍
张晗
https://www.x-mol.com/university/faculty/40451
冯亚青
https://www.x-mol.com/university/faculty/13051
来源：X-MOL
