Out-of-plane Emission Dipole of Second Harmonic Generation in Odd- and Even-layered vdWs Janus Nb3SeI7

偶极子 二次谐波产生 密度泛函理论 点反射 杰纳斯 材料科学 纳米光子学 对称性破坏 凝聚态物理 物理 分子物理学 原子物理学 光电子学 光学 纳米技术 激光器 量子力学
作者
Li Wang,Xinfeng Chen,Qiyi Zhao,Y. Fang,Quan Liu,Jierui Fu,Yue Liu,Xinlong Xu,Jia Zhang,Liang Zhen,Cheng‐Yan Xu,Fuqiang Huang,Alfred J. Meixner,Dai Zhang,Gaoyang Gou,Yang Li
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (25): 16274-16284 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c02854
摘要

Integration of atomically thin nonlinear optical (NLO) devices demands an out-of-plane (OP) emission dipole of second harmonic generation (SHG) to enhance the spontaneous emission for nanophotonics. However, the research on van der Waals (vdWs) materials with an OP emission dipole of SHG is still in its infancy. Here, by coupling back focal plane (BFP) imaging with numerical simulations and density functional theory (DFT) calculations, we demonstrate that vdWs Janus Nb3SeI7, ranging from bulk to the monolayer limit, exhibits a dominant OP emission dipole of SHG owing to the breaking of the OP symmetry. Explicitly, even-layered Nb3SeI7 with C6v symmetry is predicted to exhibit a pure OP emission dipole attributed to the only second-order susceptibility coefficient χzxx. Meanwhile, although odd-layered Nb3SeI7 with C3v symmetry has both OP and IP dipole components (χzxx and χyyy), the value of χzxx is 1 order of magnitude greater than that of χyyy, leading to an approximate OP emission dipole of SHG. Moreover, the crystal symmetry and OP emission dipole can be preserved under hydrostatic pressure, accompanied by the enhanced χzxx and the resulting 3-fold increase in SHG intensity. The reported stable OP dipole in 2D vdWs Nb3SeI7 can facilitate the rapid development of chip-integrated NLO devices.

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