近日，北京理工大学科研团队在纳米结构的非线性光学领域取得重要进展，相关研究成果以“Artificially Engineered Nonlinear Circular Dichroism with Chiral Nanoscrolling of 2D Materials”为题在国际顶级期刊《Nano Letters》发表（DOI:10.1021/acs.nanolett.5c01780）。这一研究成果首次在MoS₂纳米卷中实现手性非线性光学效应，在紧凑的非线性光源和调制器领域具有广阔的应用前景，预示着先进光子应用的新时代。北京理工大学集成电路学院王业亮教授，北京理工大学前沿交叉科学研究院黄元教授，戴贇贇教授，信阳师范学院物理电子工程学院葛力新教授为本论文共同通讯作者，博士研究生薛统统为第一作者。

图1 MoS₂纳米卷的结构

在线性光学中，圆二色性(Circular Dichroism，简称CD)是指手性材料对左旋圆偏振光（LCP）和右旋圆偏振光（RCP）吸收强度具有差异。该现象常用于生物分子的手性结构探测，纳米光学功能器件等领域。在非线性光学过程中（比如 SHG、三次谐波 THG 等），如果手性材料对左旋和右旋圆偏振光的非线性响应（如 SHG 信号强度）不同，就表现出非线性圆二色性（SHG-CD）。

图2 MoS₂纳米卷的SHG和非线性光学手性

图3 MoS₂纳米卷的SHG-CD

图4 MoS₂纳米卷的非线性CD的人工工程

该研究基于二维过渡金属硫化物（TMDs）的纳米结构，实现了非线性SHG-CD的增强与调控。研究发现，当单层TMDs卷曲成一维的纳米卷后，非线性二次谐波SHG的圆二色性实现了明显增强, CD值高达0.8。

图5 Mie共振诱导MoS₂纳米卷的SHG增强

研究团队在MoS₂纳米卷中观察到了强烈的SHG-CD，这归因于其对称性和手性的降低。与双层扭曲的二维材料系统相比， MoS₂纳米卷的结构手性产生了更明显的SHG-CD。该研究了全面分析了卷轴对SHG-CD的影响，揭示了纳米卷在不同手性角度下的不同SHG强度。这种一维TMD手性平台有望在紧凑的手性依赖光源中实现新功能，有望彻底改变非线性光学领域的操纵。

此外，由于结构中的Mie共振散射，纳米结构中的局域电磁场可将SHG强度提升至单层材料的100倍。

综上所述，该工作研究了MoS₂纳米卷的非线性光学特性。通过改变纳米卷的手性角度实现了SHG-CD的可调性，并通过Mie共振理论对纳米卷SHG的增强效应做出了解释。该研究对非线性CD的发现有望扩展到由其他2D材料组成的纳米卷体系，使这些材料有望在非线性光学领域实现更多的应用，拓宽了先进光子器件和系统的发展前景。

论文详情：TongtongXue, XuHan, XiangyuLiu, JinghanZhao, JiahaoYan, YingshanMa, NingyiCai, XinyueWang, ShishengLi, LixinGe,* ZhipeiSun, YuanHuang*, YunyunDai*,and YeliangWang*，Nano Lett., 25, 8399 (2025).

文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c01780

附作者简介：

王业亮，北京理工大学教授，国家级领军人才。近年发展新型外延生长技术，针对大功率器件与材料、低功耗超高密度信息存储等领域的瓶颈，开发基于新原理的新工艺，在原子尺度上针对新型电子材料及其异质结构的构建、性能测量和调控、器件设计和性能测试、以及应用等方面发展技术和开展研究。主要研究成果包括在Nature, Nature Materials, Nature Commun., Adv. Mater., Nano Lett., ACS Nano等期刊发表论文300余篇，英文书籍5个章节（1个为书籍封面），被引14000余次，其中单篇最高他引1000多次，曾入选“中国百篇最具影响国际学术论文”。多项工作被Nature及其子刊作为研究亮点报道，获得国际重要学术会议30多次邀请报告。

黄元，北京理工大学前沿交叉科学研究院教授，国家优秀青年基金获得者，重庆市杰青，北京理工大学特立青年学者，中国科学院青促会数理分会理事，中国科协“中国十大科技新锐人物”。曾获中国电子学会自然科学二等奖、中国发现协会二等奖、日内瓦国际发明博览会银奖（排名第一）等荣誉。主要研究领域集中在二维材料制备，表征，物性测量/调控，以及相关交叉科学等研究方向。以第一/通讯作者在Nature Physics, Nature Communications, Physical Review Letters, ACS Nano, Nano Letters,  Advanced Materials等共计发表SCI论文170余篇，其中第一作者（含共一）及通讯作者文章70余篇，论文总引用9400余次。

戴贇贇，北京理工大学前沿交叉科学研究院教授，国家级青年人才，主要研究领域集中在新型半导体与纳米器件的制备、表征以及光电性质等新奇物性研究。共发表文章40余篇，成果发表在国际顶级期刊（如Nature Photonics, Advanced Materials, ACS Nano等），论文总引用3400余次。