近日，我校物理与光电工程学院樊晓鹏团队在二维螺旋莫尔材料研究领域取得重要研究进展。报道了四种代表性二维螺旋WS₂结构层相关的非线性光学响应，通过分析晶体结构反演对称性随层厚及层间转角的演变，揭示了螺旋结构非线性光学响应的潜在物理机制，相关研究成果在材料领域顶级期刊《Advanced Materials》发表了题为“Structure-Dependent Nonlinear Optical Effects in Spiral WS₂ Nanosheets”的研究论文。

螺旋二维过渡金属二硫属化物具有破缺的晶体反演对称性和显著的二阶非线性光学响应，在非线性光学应用中显示出巨大的前景。然而，在它们的合成过程中会形成形态各异的螺旋结构，它们中哪一个是最佳的非线性光学晶体仍然悬而未决。

图1 螺旋二维过渡金属二硫族化合物的非线性响应

为攻克上述难题，研究团队通过水辅助的化学气相沉积法，一次制备出四种代表性螺旋WS₂结构，包括三角、扭曲三角、六角和扭曲六角螺旋结构。通过实验表明，六角和扭曲六角螺旋WS₂均表现出较弱的二阶非线性光学性质(Second Harmonic Generation, SHG)响应。相反，三角螺旋WS₂的SHG信号几乎随着其厚度的增加呈二次方增加，强度比六角螺旋结构强两个数量级。此外，扭曲三角螺旋WS₂的SHG响应则表现为随层数增加周期性振荡的特征，这归因于特定层与层之间结构反转对称性的恢复。研究结果揭示了不同螺旋结构的非线性光学响应，为基于层状材料的高效谐波产生提供了一种新颖的方案。论文第一署名单位为太原理工大学，太原理工大学硕士研究生陈俊媛，白杨和山西大学博士研究生齐敏茹为论文共同第一作者，通讯作者为太原理工大学樊晓鹏老师和山西大学秦成兵教授。这些工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、山西省自然科学基金项目、山西省基础研究计划、山西省科技合作项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202415214