各向异性GeS薄片的偏振可调非线性吸收模式及其在全光开关中的应用学术资讯

来源：中国科学材料

近年来，一些二维层状材料，尤其是具有褶皱蜂窝结构的IVVI族单硫化物，由于其特殊的各向异性化学和物理性质，而备受关注。在IV-VI族层状化合物MX (M=Ge，Sn; X=Se，S)中，硫化锗(GeS)以其最强的各向异性热导率和热电品质因子而引人注目。此外，GeS薄片与层数无关的直接能带(Eg~1.6 eV，E1~2.1 eV)为可见光光探测器的应用提供了良好的应用前景。

近日，国防科技大学江天教授等人在Science China Materials上发表研究论文，研究了GeS薄片的偏振可调非线性吸收模式，利用偏振相关拉曼光谱和线性吸收光谱表征了厚度为251 nm GeS的晶格取向和吸收能带。考虑到GeS薄片的较低的热损伤阈值，在不改变GeS非线性特性的前提下，制备了硫化锗/石墨烯异质结。非线性吸收结果表明，在硫化锗/石墨烯异质结中，利用偏振可调的600 nm线偏振飞秒激光沿扶手椅方向激发产生饱和吸收(SA)效应，沿锯齿方向激发反饱和吸收(RSA)效应。实验验证了基于偏振的硫化锗/石墨烯异质结全光开关的功能。值得注意的是，正因为GeS的偏振相关非线性吸收模式(SA/RSA)，全光开关的“开”、“关”状态可通过控制飞秒开关激光(600 nm，35 fs，500 Hz，12 GW cm−2)的偏振，进而改变连续光(CW)激光(532 nm，80 nW)透射率的方式来实现。通过改变开关光的偏振，开关比可以达到17%，与之相比，通过提高开关光入射功率获得的开关比仅为3.0%。

图1 基于偏振的硫化锗/石墨烯异质结全光开关的功能。

本文介绍的偏振可调吸收模式，为基于硫化锗/石墨烯异质结的下一代光电子器件开辟了新的前景。

该研究成果最近发表于Science China Materials, 2020, 10.1007/s40843-020-1289-7 。

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