原子層二次元材料の波長変換を音響波で高速制御することに成功-原子レベルの薄さと微小なひずみを活用したナノ光デバイスの実現へ前進-

2026-04-01 慶應義塾大学,東京科学大学

慶應義塾大学と東京科学大学の研究チームは、原子層二次元材料に音響波(表面弾性波)を与えることで、光の波長変換(第二高調波発生)を高速かつ高効率に制御する手法を実証した。原子数層の薄膜に生じる微小なひずみを利用し、226MHzという高速で変換効率を最大約19%変調できることを確認。従来課題であった低速・非局所的制御を克服し、高速・可逆・精密制御を集積デバイス上で実現した。本成果は、ナノフォトニクス素子や単一光子源、センサーなどへの応用が期待される。

原子層二次元材料の波長変換を音響波で高速制御することに成功-原子レベルの薄さと微小なひずみを活用したナノ光デバイスの実現へ前進-
音響波を駆使した原子層二次元材料の波長変換の高速制御の模式図。

<関連情報>

単層遷移金属ジカルコゲナイドにおける第二高調波発生の超高速音響変調 Ultrafast Acoustic Modulation of Second-Harmonic Generation in Monolayer Transition-Metal Dichalcogenides

Takumi Yamamoto,Hidetoshi Kanzawa,Yuta Takahashi,Hajime Kumazaki,Jiang Pu,Shinichi Watanabe,and Shun Fujii
Nano Letters  Published: March 9, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6c00268

Abstract

High-speed modulation and deterministic control of optical nonlinear processes in nanomaterials are essential for realizing future nanoscale optoelectronic devices. Applying strain is a ubiquitous and versatile approach to deform atomically thin materials, allowing direct modification of their electronic and optical properties. Yet, strain engineering of nonlinear processes has so far relied predominantly on static approaches, which inherently limit modulation speed, reproducibility, and device scalability. Here, we demonstrate ultrafast acoustic modulation of second-harmonic (SH) generation in monolayer transition-metal dichalcogenides using surface acoustic waves (SAWs). By employing a fully phase-synchronized SH measurement combined with stroboscopic surface displacement detection, we directly visualize dynamic SH modulation at a frequency of 226 MHz. Moreover, theoretical modeling and determination of photoelastic coefficients enable quantitative extraction of the SAW-induced dynamic strain. Our results establish a direct link between acoustic fields and optical nonlinearities, providing a robust platform for dynamic strain engineering in two-dimensional nanophotonic devices.

0403電子応用
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