图1.三族单硫属化物及其Janus衍生物的结构和电荷信息

Janus结构中的永久偶极子阵列会引入内建电场，会对非线性光学性质造成影响。不同于MX，Janus结构的二阶非线性系数不仅有三个面内分量(d 16 = d 21 = -d 22 )，还出现了五个额外的面外分量(d 15 = d 24 ，d 31 = d 32 ，d 33 )(图2a，d)。以Ga 2 SeTe和GaInTe 2 为例，他们的面外NLO响应显著强于面内响应。在Ga 2 SeTe的5个面外二阶非线性系数中，d 33 最大。d 15 和d 31 的数量级都在10 2 。阳离子GaInTe 2 的最大面外分量元素为d 31 ，其最大值可达到10490.41 pm/V(图2d)，并且在较宽能量范围内均大于4000 pm/V，比其他分量高10-100倍。值得注意的是，阳离子GaInTe 2 面外分量元素值都明显高于阴离子Ga 2 SeTe对应元素的值。这是因为In-Ga的垂直距离小于Se-Te，因此GaInTe 2 的偶极子距离更短，偶极矩和内建电场更强。

基于能带结构，面外元素谱主要峰值的带间跃迁来源被分析。Ga 2 SeTe和GaInTe 2 面外SHG谱中主要的峰都来自于高对称点或沿着高对称线电荷不对称带间的双光子跃迁。此外，面外元素的出现使得Janus结构的极化SHG强度平行分量展现出独特的旋转对称性，比如三重(图2c)、一重(图2f)。

图2. 三族单硫属化物Janus结构的面外SHG响应及极化SHG强度图像

计算所有Janus结构发现，所有的Janus结构都展现出非凡的面外SHG响应(图3)，其面外非线性二阶系数明显大于典型的面外NLO材料；阳离子Janus因为具有更短的偶极距离和更大的内建电场，所以面外非线性响应强于阴离子Janus结构。此外，GaInTe 2 在紫外区域的d 31 值比商业化NLO晶体大几个数量级，可被应用于紫外NLO器件中。

图3. Janus结构面外二阶非线性系数的最大值

本工作首次揭示阳离子Janus结构SHG响应的显著增强，证明了阳离子Janus结构在面外SHG响应中的巨大优势，并为Janus结构在非线性光学中的应用铺平了道路。相关工作发表在 Advanced Optical Materials ，文章第一作者为大连理工大学博士研究生李仕琪和西北大学博士研究生何川，通讯作者为大连理工大学高峻峰教授，共同通讯作者为西北大学徐新龙教授。NLO响应计算使用福州大学章永凡教授课题组的非线性计算程序。

WILEY

论文信息：

Dramatically Enhanced Second Harmonic Generation in Janus Group-III Chalcogenide Monolayers

Shi-Qi LI, Chuan He, Hongsheng Liu, Luneng Zhao, Xinlong Xu*, Maodu Chen, Lu Wang, Jijun Zhao, Junfeng Gao*

Advanced Optical Materials

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Optical

Materials

期刊简介

Advanced Optical Materials创刊于2013年，是一本报道材料科学领域与光-物质相互作用相关的突破性研究的跨学科国际期刊。其收录论文的研究领域包括光子学、等离激元光子学、超材料等。2021年影响因子为9.926。

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