2024 中關(guān)村論壇年會(huì)開幕式于 4 月 25 日舉行，公布了我國科學(xué)家發(fā)明的世界上已知最薄的光學(xué)晶體——菱方氮化硼晶體。

據(jù)介紹，光學(xué)晶體是激光技術(shù)的 " 心臟 "。激光技術(shù)在微納加工、量子光源、生物監(jiān)測等領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。集成化、微型化、多功能化是未來激光器的發(fā)展方向，中國科學(xué)家經(jīng)反復(fù)組合嘗試，鎖定輕巧的氮化硼為最優(yōu)選擇。

北京大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性提出 " 轉(zhuǎn)角相位匹配理論 "，并應(yīng)用氮化硼首次制備出超薄、高能效光學(xué)晶體 " 轉(zhuǎn)角菱方氮化硼 "。厚度僅為微米量級，能效提升至少 100 倍，為新一代激光技術(shù)奠定了理論和材料基礎(chǔ)。

2023 年 12 月，北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心王恩哥院士、凝聚態(tài)物理與材料物理研究所劉開輝教授和洪浩特聘副研究員與合作者在非線性光學(xué)晶體領(lǐng)域取得重大突破。

相關(guān)研究成果以 " 二維材料光學(xué)晶體轉(zhuǎn)角相位匹配 "（Twist-phase-matching in two-dimensional materials）為題在線發(fā)表于 《物理評論快報(bào)》（Physical Review Letters）雜志上。

研究團(tuán)隊(duì)探索發(fā)現(xiàn)二維輕元素材料菱方氮化硼具有深紫外的帶隙、優(yōu)異的物理化學(xué)穩(wěn)定性、超高的激光損傷閾值和非線性系數(shù)，是非常理想的紫外光學(xué)晶體材料?；诮缑孓D(zhuǎn)角相位匹配理論，團(tuán)隊(duì)成功制備了第三類光學(xué)晶體，轉(zhuǎn)角菱方氮化硼光學(xué)晶體。

氮化硼晶體在寬光譜范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了光學(xué)倍頻轉(zhuǎn)換效率的突破，3.2 微米厚度下可達(dá) 8%，同厚度下相較于傳統(tǒng)晶體提升了 100-10000 倍，是世界已知最薄的光學(xué)晶體。

此外，轉(zhuǎn)角相位匹配賦予氮化硼全新的功能，使其能夠有效調(diào)控參量光的偏振態(tài)。這一突破為新一代 " 極限波長 "" 極限尺寸 "" 極限穩(wěn)定 " 激光技術(shù)的革新奠定了理論和材料基礎(chǔ)。

劉開輝教授表示 " 該理論的應(yīng)用有望讓激光器的尺寸縮小至微米級。一些過去無法制造光學(xué)晶體的材料，也有望在材料堆疊角度的轉(zhuǎn)動(dòng)中再次煥發(fā)生機(jī) "。

附論文鏈接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.233801