厦门大学计算凝聚态物理研究课题组在Se和Te材料的非线性光学性质领域取得新进展。其结果一以 “Large second-harmonic generation and linear electro-optic effect in trigonal selenium and tellurium” 为题发表在Phys. Rev. B, 100, 035202杂志上。结果二以 “Strong bulk photovoltaic effect and second-harmonic generation in two-dimensional selenium and tellurium” 为题发表在Phys. Rev. B, 103, 245415杂志上。论文第一作者均为厦门大学物理系程梅娟博士，通信作者均为厦门大学朱梓忠教授和中国台湾大学郭光宇教授。

非中心对称材料在强光场下可以产生强烈的非线性光学响应，如二阶非线性光学极化率，线性电光效应等。二次谐波作为最著名的二阶非线性光学响应之一，被广泛应用于表面探测和倍频器。自20世纪60年代以来，二次谐波在体相半导体中得到了广泛的研究，最近也在一维和二维体系中得到研究。线性电光效应是非中心对称材料的另一种二阶非线性响应。其描述线性折射率随外加电场强度的变化，允许人们使用电信号来控制非线性光学材料中光束的振幅、相位或方向，是高速光调制和传感设备的广泛使用手段。二次谐波产生、体光伏效应等二阶非线性光学响应是近年来的研究热点。寻找具有强烈的二阶非线性响应的非中心对称材料在现代光学和电光器件的发展中起着至关重要的作用，具有重要的理论意义和潜在的应用价值。

通过分析能态的对称性和偶极跃迁选择定则，论文解释了体相Se和Te介电函数虚部峰的起源（图1a）。此外，研究还发现两种体材料都表现出较大的二次谐波效应和线性电光效应。特别是Te在0-3 eV的光子能量范围内具有巨大的二次谐波系数，最大幅值约为GaN的16倍，GaN是一种广泛使用的非线性材料（图1b) 。与带隙相似的半导体相比，Se和Te具有更强的非线性光学响应，归因于其是具有定向共价键和孤对电子（图1c）的准一维结构。这些发现将有助于寻找具有大的非线性响应的新材料。结果以 “Large second-harmonic generation and linear electro-optic effect in trigonal selenium and tellurium” 为题发表在Physcial Review B上（Phys. Rev. B, 100, 035202）。

图1. (a) 体相Te的GGA能带结构。主要的带间跃迁和介电函数虚部的峰分别用蓝色（光极化平行于轴）和粉红色（光极化垂直于轴）表示；(b) 体相Te的二阶极化率的实部和虚部；(c) 体相Te的差分电荷密度【Phys. Rev. B, 100, 035202】.

对二维Se和Te材料的计算表明，这些低维材料具有较大的二次谐波、线性电光效应和体光伏效应。特别是三层Te表现出较强的体光伏效应，其位移电流电导率为440 ，大于迄今为止发现的最大体光伏效应的极性体系GeS，并且是体相Te的5倍(图2c)。此外三层Te还具有较大的二次谐波系数，是广泛使用的非线性材料GaN的65倍以上(图2d)。 结果以 “Strong bulk photovoltaic effect and second-harmonic generation in two-dimensional selenium and tellurium” 为题发表在Physcial Review B上（Phys. Rev. B, 103, 245415）。

两篇论文第一作者均为厦门大学物理系程梅娟博士，通信作者均为厦门大学朱梓忠教授和中国台湾大学郭光宇教授。该工作得到国家自然科学基金的支持。

图2. (a) α相二维Se或Te结构的侧视图，蓝色虚线矩形表示两层结构，红色虚线矩形表示单层结构；(b) 三层Te的能带结构；(c)和(d) 分别为体相和三层Te的位移电流；(e) 为三层Te的非零二阶极化率元素及其虚部的绝对值；(f)为光偏振平行于轴的介电函数虚部【Phys. Rev. B, 103, 245415】.