世界漸趨數碼化，對速度更快、效率更高、尺寸更小的光學元件之需求亦與日俱增。從高速互聯網及安全量子通訊，到先進的醫學影像以至精密製造，這些技術均以光學為基礎，尤其是納米級別的光控制與操縱方式。新興的二維（2D）材料顛覆了這個領域，其獨特性質適用於超快光子學與非線性光學的應用技術。
然而，要在近紅外線波段——電訊與感測技術的關鍵頻段——尋找穩定而可調節的高性能材料，依然困難重重。香港理工大學（理大）應用物理學系副系主任兼教授曾遠康與研究團隊，成功研制了一種新型二維量子材料——乙炔汞（II）架構（Hg–H2TPP）。該材料不僅克服了現有材料的諸多限制，還為可切換非線性光學與超快激光技術，開闢了新的應用可能。
該團隊將重汞（II）離子結合於含卟啉的石墨炔架構，開發出一種具備卓越光學特性的材料。此材料展現了可調節的非線性吸收、高載流子移動性，並同時具備飽和吸收器及光限幅器的功能。該特性預示新材料可用於開發調Q激光與鎖模激光等先進光子裝置，而這些裝置對於電訊、高精度測量及量子資訊處理等領域均不可或缺。相關研究成果已刊登於Carbon期刊。
研究顯示，新合成的Hg–H2TPP納米薄膜，展現出多種適用於先進光子應用技術的理想特性。其中最為顯著的，就是該材料同時具備飽和吸收及反向飽和吸收的特性，且擁有相當廣闊的非線性吸收係數調節範圍。這種可切換的非線性反應，使其兼具飽和吸收器與光限幅器的功能，具體則根據入射光的強度。
此研究是量子材料與非線性光學領域的一項重大進展。曾教授的團隊成功設計出D-π-A結構的二維乙炔汞（II）架構，創造出一種兼具強力近紅外線吸收、可調節非線性光學反應與超快載流子動力學特性的材料，這些特性正是新世代光子裝置的關鍵元素。
Hg-H2TPP材料具備在飽和吸收與反向飽和吸收之間切換的能力，並已成功應用於鎖模激光與Q開關激光，展現出在電訊、量子資訊處理、生物醫學影像及激光製造等領域的廣泛應用潛力。
這項研究不僅深化了我們對二維量子材料的理解，還為開發高效實用的裝置奠定了基礎，有助於引領量子技術的未來發展。
資料來源: Innovation Digest
