北京大学，新发Nature Nanotechnology！

第一作者：马超杰，马辰俊，刘畅，郭泉林

通讯作者：刘开辉，洪浩

通讯单位：北京大学

刘开辉，北京大学物理学院教授，博士生导师，北京大学特聘研究员，国家优秀青年基金获得者（2015 ），国家杰出青年科学基金获得者（2020）。

洪浩，北京大学刘开辉课题组组员，特聘副研究员。

论文速览

具有大的手性光学响应和高结构稳定性的纳米材料是高级微型光学和光电子应用所期望的，其中一维（1D）纳米管是具有可连续调节的手性几何结构的稳定晶体结构。然而，由于同轴管的多样化结构，它们的手性光学响应通常较弱且难以控制。

本文研究了一类多壁氮化硼纳米管（BNNTs），这些纳米管具有包括近乎单手性、同手性和单极性在内的相干堆叠结构，表现出可扩展的非线性手性光学响应。这种内在结构在单个多壁BNNTs中产生了强烈的非线性光学响应，实现了高达0.01%的二次谐波生成（SHG）转换效率和微瓦级别的输出功率，在1D纳米材料家族中表现优异。

此外，研究还发现，纳米管的丰富手性引入了可控的非线性几何相位，产生了手性相关的SHG圆二色性，其值在-0.7到+0.7之间。预期这种1D手性平台将为紧凑型非线性光源和调制器带来新功能。

图文导读

图1：相干堆叠的BNNTs的结构。

图2：BNNT中的高SHG响应。

图3：BNNT中的高次谐波发生（HHG）响应。

图4：BNNT中的手性依赖的SHG响应。

图5：BNNTs中手性依赖的SHG-CD的理论研究。

总结展望

本研究揭示了相干堆叠的BNNTs的独特特性，这些特性保留了组成纳米管的反演和镜像不对称性，并实现了可扩展的光学非线性。实现了巨大的SHG产额（0.01%的转换效率，微瓦输出）和同时具有大的SHG-CD（从-0.7到+0.7连续可调）的全面性能。

这种能力可以扩展到其他二阶非线性光学过程，例如自发参量下转换，以生成具有可调纠缠特性的纠缠光子对。此外，1D纳米管中的固有手性、强非线性以及自发电极化和丰富的堆叠配置预计将带来比2D系统更丰富的物理特性，如手性位移电流、非互易超导性和体光伏效应。对相干组装的手性纳米管的研究，应该促进在1D纳米管系统中进一步探索堆叠工程物理和应用。

文献信息

标题：Strong chiroptical nonlinearity in coherently stacked boron nitride nanotubes

期刊：Nature Nanotechnology

DOI：10.1038/s41565-024-01685-3

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