近日，Nature子刊《Nature Nanotechnology》邀请北京理工大学物理学院姚裕贵教授、段嘉华教授撰写发表评述性论文，文章题为“Tracking nonlinear conversion of light in van der Waals waveguides”,评述了哥伦比亚大学Milan Delor教授团队在Nature Nanotechnology上发表的论文[DOI: https://doi.org/10.1038/s41565-024-01849-1]，介绍了远场频闪散射显微技术在非线性光学领域中的重要应用。
因其加工制备不受晶格匹配条件限制且与硅基光电子集成技术高度相容，范德瓦尔斯材料在非线性光学器件集成制备方面具有极大的应用潜力。在非线性光学过程中，高效能量转换的前提是满足相位匹配。由于其二维属性，范德瓦尔斯材料光学参数的定量测量难度较大，因此确定范德瓦尔斯波导中的相位匹配条件一直是困扰学界的一个挑战。以MoS2为例，此前人们通常用长波长光照射MoS2薄层的某一条边界，光场以波导模式在MoS2薄层中传播并在另外一条边界处散射出低波长光（非线性效应），基于传统远场显微镜可以观测到二次谐波的产生。然而，这些波导模式超出了远场光学可探测的波矢范围，无法测量其时空动力学过程。针对这一现状，哥伦比亚大学Milan Delor教授团队基于远场频闪散射显微技术，实现了MoS2薄层中基础光场和二次谐波光场的超快实空间成像。他们通过研究发现，基础光场和二次谐波光场会诱导光谱移动，从而通过共振峰红移或蓝移实现波导模式的远场成像，其空间和时间分辨率可以达到亚微米级和200fs。基于此，研究人员量化了MoS2薄片中基础光场和二次谐波光场的传播速度，在材料光学性质未知的情况下测量到11阶波导模式可以满足相位匹配条件，即基础光场和二次谐波光场传播速度一致。这一工作表明远场频闪散射显微技术无需知道材料光学特性即可确定相位匹配条件，为优化二维波导中的非线性转换提供了绝佳的实验平台，对未来构建片上集成的非线性光学器件至关重要。
图1
图1展示了远场频闪散射显微技术的成像原理。图a-b表明基础光场和二次谐波光场分别会引起光谱的蓝移和红移，从而可以基于远场光学测量到波导模式的时空动力学过程。图c-d分别是基础光场和二次谐波光场传播过程的实空间成像。
此外，Nature子刊《Nature Materials》邀请北京理工大学物理学院段嘉华教授撰写发表评述性论文，文章题为“Magnetic order as a tuning knob for Coulomb correlation”，评述了哥伦比亚大学Dimitri Basov院士团队和雷根斯堡大学R. Huber教授团队在Nature Materials发表的背靠背论文[Nature Materials 24, 384 (2025); Nature Materials 24, 391 (2025)]，介绍了二维反铁磁材料中库伦相互作用调控研究的重要进展。研究表明二维CrSBr材料中的A类反铁磁序会阻碍电子-空穴对的层间跃迁，从而导致一种新的具有一维量子限域的光激发态：磁性表面激子。这一发现有助于理解二维磁性材料中的多体物理效应，而反铁磁序带来的限域效应将为纳米尺度上能量传输调控提供新的可能性。
图2
图2展示了磁序对二维磁铁中电子-空穴对的调制作用。图a为二维半导体磁性材料CrSBr的晶体结构示意图，可以看出其为A类反铁磁铁，即层内铁磁性和层间反铁磁性。图b和图c分别展示了A类反铁磁性和顺磁性时CrSBr中的电子-空穴对层间相互作用，可以看出A类反铁磁序会屏蔽激子层间相互作用。
