非线性光学晶体在光频转换、光通信和量子计算等领域发挥着重要作用，传统体系中较低的二阶非线性系数χ⁽²⁾以及相位匹配的依赖性限制了其在微纳光学器件中的应用。近年来，具有非中心对称晶体结构的层状晶体展现出了高的χ⁽²⁾，施加应力、电场和表面修饰等均可有效调控χ⁽²⁾。然而，超快激光兼具高时空精度和脉冲能量可调的优点，在诱导新型非线性光学材料方面研究尚不多见。

　　近期，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心A02组的博士生李心悦和博士后宋伯钦在郭建刚研究员、应天平特聘研究员和陈小龙研究员的指导下，通过皮秒激光照射，将2M-WS₂转变成了非中心对称的单斜相1M-WS₂（空间群Cm），其χ⁽²⁾高达2362pm/V，远远大于单层MoS₂的χ⁽²⁾，如图1a所示。与之相比，飞秒激光照射将2M-WS₂转化为了2H-WS₂，但其为中心对称结构，不具备非线性的光学响应。球差电镜表征发现1M-WS₂的晶体结构与3R相的原子堆垛类似，但W-S键的畸变更大（图1b）。转角拉曼表征测试发现1M-WS₂的A’’和A’振动模式分别呈现四重和二重对称，表明1M-WS₂中C₃轴对称性破缺，与Cm空间群的结构特征相符（图1c和d）。图1e总结了1M-WS₂与典型二维材料在不同波长下的χ⁽²⁾，其中1M-WS₂展现出超高的χ⁽²⁾，且与理论计算的数值较为吻合。该工作为探索具有强二次谐波响应的非线性光学新材料提供了新思路。

　　以上成果以“Giant Second Harmonic Generation by Photoinduced Phase Engineering”为题发表在Nano Lett. 25, 5821-5827 (2025)。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和中国科学院的支持。参与本工作的还有物理所杜罗军特聘研究员、张庆华副研究员、孟胜研究员以及北京理工大学戴赟赟教授等。

图1.（a）三层1M-WS₂（~2.2nm）和单层MoS₂在激发波长1064nm下的SHG谱，单层MoS₂的SHG强度放大了1000倍。（b）沿[010]投影的1M-WS₂明场扫描透射电子显微镜图。蓝色和黄色圆点分别表示W和S原子。（c, d）1M-WS₂在平行偏振配置下A’’和A’模式的角分辨拉曼散射强度。（e）1M-WS₂与典型二维材料的χ⁽²⁾。