近日，91直播 李洋教授团队联合上海交通大学、西安交通大学等合作者在一维范德华铁电材料非线性光学调控研究方面取得进展。相关成果以“Enhancing Second Harmonic Generation via Hydrostatic Pressure in 1D vdWs Ferroelectric WOCl₄”为题，发表于《Laser & Photonics Reviews》（光学领域顶级期刊，中科院1区TOP期刊）。论文共同第一作者为我校91直播 本科生（大四）张铭烨和西安交通大学博士生叶峰峰，通讯作者为李洋教授、管振杰副研究员、方裕强副研究员和缑高阳教授。

WOCl₄作为典型的一维范德华铁电材料，其独特的[WO₂Cl₄]八面体共角链状结构赋予其强烈的量子限域效应和本征自发电极化，在超高密度集成光子学和可调谐光电器件领域具有广阔应用前景。然而，受限于高质量单晶生长困难及对电子束敏感等因素，对该材料本征物理性质的实验研究长期处于空白状态，如何有效调控其非线性光学性能更是亟待解决的关键科学问题。

针对上述问题，研究团队采用化学气相输运（CVT）法成功生长出高品质WOCl₄单晶，并借助机械剥离技术获得尺寸规整的一维纳米链（图1）。结合原位高压拉曼光谱、X射线衍射、偏振拉曼技术及基于密度泛函理论的第一性原理计算，系统考察了该材料在静水压力下的晶体结构演变、振动模式变化及其与二阶非线性光学效应的内在关联。

计算结果表明，WOCl₄本身即存在沿极化c轴的不对称电荷分布，其价带顶主要由Cl-3p轨道贡献，而导带底由W-5d轨道主导，p-d轨道杂化特征表明其二次谐波响应主要源于阴离子p轨道向W-5d轨道的电子跃迁。随着压力的升高，氧阴离子沿W-O-W原子链发生显著位移，增强了[WO₂Cl₄]八面体的局部极性畸变，体系自发电极化强度由18.0 μC/cm²持续增大至21.7 μC/cm²。原位高压SHG表征揭示了极为显著的压力调控效应，如图2。当施加约4.48 GPa静水压力时，SHG强度出现约14倍的巨大增强，χ⁽²⁾提升至54.86 pm/V，且该效应在卸压后可完全恢复。高压拉曼光谱观察到A2振动模式（W-O键伸缩振动）随压力升高出现反常的红移现象，结合理论计算证实，这一现象源于O阴离子在压力诱导下沿W-O-W链的进一步位移，导致W-O键合强度减弱并增强了结构非中心对称性。尽管自发电极化强度随压力持续单调上升，但SHG强度在4.5 GPa出现峰值后反而下降，这一非单调变化源于非线性极化率张量受到电子能带结构与光学共振条件的共同调制。研究表明，静水压力通过连续、弹性的晶格畸变有效放大了材料的非线性光学响应，而无需经历任何结构相变。

图1. WOCl₄单晶结构及偏振拉曼光谱。

图2. 压力依赖的SHG增强效应及非线性极化率与代表性材料的对比

本研究在实验上首次实现了一维vdWs铁电WOCl₄单晶的生长与非线性光学表征，将“压力诱导局部结构畸变—微观极性增强—宏观非线性光学响应”这一物理关联在单链极限下加以验证，为通过晶格应变工程精准调控低维材料的光学非线性提供了崭新思路。该研究成果对促进高效微型频率转换器、超薄光学调制器及高灵敏度压力传感器等先进光电装备的研制具有重要价值。

91直播 、西安交通大学前沿科学技术研究院与上海交通大学张江高等研究院为该论文的通讯单位，91直播 本科生张铭烨与西安交通大学博士生叶峰峰为第一作者；李洋教授、管振杰副研究员、方裕强副研究员和缑高阳教授为通讯作者。本研究得到国家自然科学基金、电工材料电气绝缘全国重点实验室等经费资助。

论文链接如下：

//onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.71869