近日，北京理工大学科研团队在纳米结构的非线性光学领域取得重要进展，相关研究成果以“Artificially Engineered Nonlinear Circular Dichroism with Chiral Nanoscrolling of 2D Materials”为题在国际顶级期刊《Nano Letters》发表（DOI:10.1021/acs.nanolett.5c01780）。这一研究成果首次在MoS2纳米卷中实现手性非线性光学效应，在紧凑的非线性光源和调制器领域具有广阔的应用前景，预示着先进光子应用的新时代。北京理工大学集成电路学院王业亮教授，北京理工大学前沿交叉科学研究院黄元教授，戴贇贇教授，信阳师范学院物理电子工程学院葛力新教授为本论文共同通讯作者，博士研究生薛统统为第一作者。
图1 MoS2纳米卷的结构
在线性光学中，圆二色性(Circular Dichroism，简称CD)是指手性材料对左旋圆偏振光（LCP）和右旋圆偏振光（RCP）吸收强度具有差异。该现象常用于生物分子的手性结构探测，纳米光学功能器件等领域。在非线性光学过程中（比如 SHG、三次谐波 THG 等），如果手性材料对左旋和右旋圆偏振光的非线性响应（如 SHG 信号强度）不同，就表现出非线性圆二色性（SHG-CD）。
图2 MoS2纳米卷的SHG和非线性光学手性
图3 MoS2纳米卷的SHG-CD
图4 MoS2纳米卷的非线性CD的人工工程
该研究基于二维过渡金属硫化物（TMDs）的纳米结构，实现了非线性SHG-CD的增强与调控。研究发现，当单层TMDs卷曲成一维的纳米卷后，非线性二次谐波SHG的圆二色性实现了明显增强, CD值高达0.8。
图5 Mie共振诱导MoS2纳米卷的SHG增强
研究团队在MoS2纳米卷中观察到了强烈的SHG-CD，这归因于其对称性和手性的降低。与双层扭曲的二维材料系统相比， MoS2纳米卷的结构手性产生了更明显的SHG-CD。该研究了全面分析了卷轴对SHG-CD的影响，揭示了纳米卷在不同手性角度下的不同SHG强度。这种一维TMD手性平台有望在紧凑的手性依赖光源中实现新功能，有望彻底改变非线性光学领域的操纵。
此外，由于结构中的Mie共振散射，纳米结构中的局域电磁场可将SHG强度提升至单层材料的100倍。
综上所述，该工作研究了MoS2纳米卷的非线性光学特性。通过改变纳米卷的手性角度实现了SHG-CD的可调性，并通过Mie共振理论对纳米卷SHG的增强效应做出了解释。该研究对非线性CD的发现有望扩展到由其他2D材料组成的纳米卷体系，使这些材料有望在非线性光学领域实现更多的应用，拓宽了先进光子器件和系统的发展前景。
论文详情：TongtongXue, XuHan, XiangyuLiu, JinghanZhao, JiahaoYan, YingshanMa, NingyiCai, XinyueWang, ShishengLi, LixinGe,* ZhipeiSun, YuanHuang*, YunyunDai*,and YeliangWang*，Nano Lett., 25, 8399 (2025).
文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c01780
