拓撲絕緣體表面態的非線性光學研究

《拓撲絕緣體表面態的非線性光學研究》是依託復旦大學，由劉韡韜擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：拓撲絕緣體表面態的非線性光學研究
• 依託單位：復旦大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉韡韜

項目摘要

近年來，拓撲絕緣體以其獨特的電子結構及相關的奇異特性引起了物理學界的強烈興趣，並因其在自旋電子學、拓撲量子計算等領域的潛在巨大套用而受到廣泛關注。理論預言了拓撲絕緣體與其他材料間形成的異質界面蘊含著豐富的新奇物理現象，這些界面的屬性也對實現拓撲絕緣體的套用至關重要。然而,常用的角分辨電子能譜與掃描隧道電子顯微鏡等技術很難對這類隱藏界面進行探測。本項目計畫使用表面光學混頻方法研究拓撲絕緣體的表面與界面態。作為二階非線性光學技術的一種，該方法不但擁有非常高的表面、界面靈敏度，且可探測光子所能到達的任何區域，是研究隱藏界面的強有力手段。通過混頻光譜，我們可獲取拓撲絕緣體界面、表面電子態的極化、壽命等信息；結合摻雜、外場激勵等電子態調控手段，可實現對拓撲絕緣體表面態在工作狀態下實時、原位的測量，觀察其對調控的回響，探討其物理機制。我們的研究將也有助於未來拓撲絕緣體器件的研發，有著顯著的現實意義。

結題摘要

本項目深入研究了拓撲絕緣體的光學二次諧波回響，發展了針對多層薄膜非線性光學回響的特徵矩陣方法，從中獲取了源於拓撲絕緣體表面態的信號，並在此基礎上探測到體摻雜與表面摻雜導致的不同二次諧波回響，有望幫助我們深入理解不同摻雜對拓撲絕緣體表面態的影響。在此過程中，我們針對紅外波段非線性譜學技術開發了可有效提升差頻設備輸出功率的延遲補償裝置、以及針對強吸收界面的微納光柵表面等離激元增強方法。此外，我們也利用非線性光學方法對具有重要套用價值的光催化氧化物表面、以及二維材料單晶邊界開展了研究，展示了相關技術廣闊的套用空間。發表SCI論文7篇，申請國家發明專利1項，受邀在國內外學術會議進行多次報告，培養畢業博士2名、碩士1名。