以石墨烯(Graphene)為主要代表的二維材料是本世紀初由英國曼徹斯特大學安德烈·蓋姆(A. K. Geim)和康斯坦丁·諾沃肖洛夫(K.S. Novoselov)教授發(fā)現(xiàn)的全新的物質材料形態(tài)。與傳統(tǒng)三維材料相比，石墨烯具有超高的載流子遷移率、超高的熱導率、超寬的響應波段等優(yōu)異的光電性能，在微電子器件、光電感知、集成光子學等方面有著廣闊的應用前景。
 

　　二次諧波(倍頻效應)是一種二階非線性光學效應，它的產(chǎn)生需要被探測材料滿足中心反演對稱破缺的要求，對于中心反演對稱的結構是無法觀察到二次諧波的。對材料二次諧波信號的研究，是獲取原子、分子微觀性質信息的重要技術手段，有助于深入理解光與物質相關作用的過程。石墨烯具有中心反演對稱的結構，不具有二次諧波信號。如何誘導并實現(xiàn)對其倍頻效應特性調控是一個技術難點。
 

　　受鋰電池工作原理的啟發(fā)，中國科學院光電技術研究所前沿科學與技術研究院與新加坡國立大學、國防科技大學的研究人員合作構建了類似于鋰離子電池的石墨烯插層器件。在保持石墨烯二維結構的前提下，將鋰金屬插入石墨烯范德瓦爾斯層間，形成具有超分子結構鋰石墨烯插層材料。鋰金屬的嵌入可以精確調控石墨烯中電子帶間、帶內(nèi)躍遷過程以及電子-聲子相互作用過程，進而實現(xiàn)石墨烯二次諧波特性可控調控。
 

　　研究人員調節(jié)石墨烯層間鋰離子的數(shù)量，實現(xiàn)了對石墨烯二次諧波信號的可控調控。與傳統(tǒng)的電場調控、表面摻雜等方法相比，插層調控具有調控范圍大，調控過程可控、可逆，器件狀態(tài)可以實現(xiàn)不帶電保持等優(yōu)點。這項研究揭示了鋰石墨烯插層材料優(yōu)異的非線性光學性質，作為一種全新的可調光學倍頻材料，其將對先進納米光子器件的發(fā)展起到重要作用。在本工作中，作者還展示了厘米量級樣品的制備。
 

　　另外，二次諧波信號的產(chǎn)生表明鋰插層石墨烯材料中具有反演對稱性破缺現(xiàn)象，有望用于修正鋰插層石墨烯P6/mmm對稱性結構的理論模型，對于理解石墨烯插層材料的新奇物理特性，如超導、電荷密度波等，也具有重要意義。
 

　　目前中國已經(jīng)基本形成以長三角、珠三角和京津冀魯區(qū)域為聚合區(qū)，多地分布式發(fā)展的石墨烯產(chǎn)業(yè)格局。我國石墨烯產(chǎn)業(yè)化勢頭強勁，多個具有石墨烯特色的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心已露雛形。尤其是長三角地區(qū)，“東方碳谷”常州因其石墨烯相關產(chǎn)業(yè)的高度集聚而備受關注，寧波有中科院寧波材料所作為支撐，外加上海高校與科研院扎實的科研能力，三地之間協(xié)同發(fā)展、優(yōu)勢互補，石墨烯生產(chǎn)制備技術不斷取得突破，應用產(chǎn)業(yè)化步伐迅速。