通过掺杂工程增强二维混合钙钛矿材料中的三次谐波生成现象

《Small》：Dopant-Engineered Enhancement of Third-Harmonic Generation in 2D Hybrid Perovskites

低维杂化铅卤钙钛矿材料因结构多样性、量子限制效应和软晶格动力学特性，在非线性光学应用中潜力巨大。本文通过Mn2?和Sb3?掺杂实现2D钙钛矿PEA?PbI?体系的第三谐波生成（THG）效率显著提升，最高增强6倍。掺杂诱导的中间带缺陷态和表面修饰增强了非线性极化率χ?3?并优化激光诱导损伤阈值，且对称性保持使THG响应与偏振无关。同价态（Mn2?）与异价态（Sb3?）掺杂效果相近，表明THG增强主要源于掺杂引发的能带工程而非电荷或自旋因素。这些发现为提升层状钙钛矿体系非线性光学性能提供了有效策略。

　　

摘要

低维混合铅卤化物钙钛矿由于其结构多样性、量子限制和介电特性以及柔性的晶格动力学，在非线性光学（NLO）应用中具有巨大潜力。本文展示了通过有针对性地掺杂Mn²⁺和Sb³⁺离子，显著提高了二维钙钛矿衍生物体系PEA₂PbI₄（PEA = 苯乙胺）的三次谐波生成（THG）效率。在宽波长范围（1320–1860 nm）内的THG测量结果显示，掺杂能够将THG强度提升至最佳浓度。值得注意的是，当掺杂浓度为1.2%的Mn²⁺时，THG强度提高了六倍。这一改进归因于掺杂剂诱导的中带缺陷态和表面修饰，这些因素增强了三阶非线性极化率（χ?³?）并调节了激光诱导损伤阈值（LIDT）。最大的THG增强效应出现在482 nm处的激子共振频率附近。尽管掺杂样品的光学稳定性有所降低，但THG响应仍然具有偏振独立性，表明其对称性得以保持。Mn²⁺（等价掺杂剂）和Sb³⁺（异价掺杂剂）的类似性能表明，这种增强效应是一种普遍的掺杂现象，而与掺杂剂的电荷或自旋无关。这些发现强调了掺杂作为提高层状钙钛矿系统NLO效率的有效策略，为未来的光电子和光子器件应用提供了可行的途径。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。