世界渐趋数码化，对速度更快、效率更高、尺寸更小的光学元件之需求亦与日俱增。从高速互联网及安全量子通讯，到先进的医学影像以至精密制造，这些技术均以光学为基础，尤其是纳米级别的光控制与操纵方式。新兴的二维（2D）材料颠覆了这个领域，其独特性质适用于超快光子学与非线性光学的应用技术。
然而，要在近红外线波段——电讯与感测技术的关键频段——寻找稳定而可调节的高性能材料，依然困难重重。香港理工大学（理大）应用物理学系副系主任兼教授曾远康与研究团队，成功研制了一种新型二维量子材料——乙炔汞（II）架构（Hg–H2TPP）。该材料不仅克服了现有材料的诸多限制，还为可切换非线性光学与超快激光技术，开辟了新的应用可能。
该团队将重汞（II）离子结合于含卟啉的石墨炔架构，开发出一种具备卓越光学特性的材料。此材料展现了可调节的非线性吸收、高载流子移动性，并同时具备饱和吸收器及光限幅器的功能。该特性预示新材料可用于开发调Q激光与锁模激光等先进光子装置，而这些装置对于电讯、高精度测量及量子资讯处理等领域均不可或缺。相关研究成果已刊登于Carbon期刊。
研究显示，新合成的Hg–H2TPP纳米薄膜，展现出多种适用于先进光子应用技术的理想特性。其中最为显着的，就是该材料同时具备饱和吸收及反向饱和吸收的特性，且拥有相当广阔的非线性吸收系数调节范围。这种可切换的非线性反应，使其兼具饱和吸收器与光限幅器的功能，具体则根据入射光的强度。
此研究是量子材料与非线性光学领域的一项重大进展。曾教授的团队成功设计出D-π-A结构的二维乙炔汞（II）架构，创造出一种兼具强力近红外线吸收、可调节非线性光学反应与超快载流子动力学特性的材料，这些特性正是新世代光子装置的关键元素。
Hg-H2TPP材料具备在饱和吸收与反向饱和吸收之间切换的能力，并已成功应用于锁模激光与Q开关激光，展现出在电讯、量子资讯处理、生物医学影像及激光制造等领域的广泛应用潜力。
这项研究不仅深化了我们对二维量子材料的理解，还为开发高效实用的装置奠定了基础，有助于引领量子技术的未来发展。
资料来源: Innovation Digest
