Berry Curvature Dipole Induced Giant Mid‐Infrared Second‐Harmonic Generation in 2D Weyl Semiconductor

Berry连接和曲率 半导体 二次谐波产生 红外线的 偶极子 曲率 材料科学 谐波 凝聚态物理 光电子学 光学 物理 几何学 激光器 量子力学 几何相位 数学
作者
Qundong Fu,Xin Cong,Xiaodong Xu,Song Zhu,Xiaoxu Zhao,Sheng Liu,Bingqing Yao,Manzhang Xu,Ya Deng,Chao Zhu,Xiaowei Wang,Lixing Kang,Qingsheng Zeng,Miao‐Ling Lin,Xingli Wang,Bijun Tang,Jianqun Yang,Zhili Dong,Fucai Liu,Qihua Xiong
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (46) 被引量:12
标识
DOI:10.1002/adma.202306330
摘要

Due to its inversion-broken triple helix structure and the nature of Weyl semiconductor, 2D Tellurene (2D Te) is promising to possess a strong nonlinear optical response in the infrared region, which is rarely reported in 2D materials. Here, a giant nonlinear infrared response induced by large Berry curvature dipole (BCD) is demonstrated in the Weyl semiconductor 2D Te. Ultrahigh second-harmonic generation response is acquired from 2D Te with a large second-order nonlinear optical susceptibility (χ(2) ), which is up to 23.3 times higher than that of monolayer MoS2 in the range of 700-1500 nm. Notably, distinct from other 2D nonlinear semiconductors, χ(2) of 2D Te increases extraordinarily with increasing wavelength and reaches up to 5.58 nm V-1 at ≈2300 nm, which is the best infrared performance among the reported 2D nonlinear materials. Large χ(2) of 2D Te also enables the high-intensity sum-frequency generation with an ultralow continuous-wave (CW) pump power. Theoretical calculations reveal that the exceptional performance is attributed to the presence of large BCD located at the Weyl points of 2D Te. These results unravel a new linkage between Weyl semiconductor and strong optical nonlinear responses, rendering 2D Te a competitive candidate for highly efficient nonlinear 2D semiconductors in the infrared region.

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