量子ドットからの多光子励起共鳴エネルギー移動による二次元物質における光学非線形性の巨大増強

コロイド量子ドットは、レーザー、ディスプレイ、光検出器から太陽電池まで、多くのフォトニクス応用やオプトエレクトロニクス応用を可能にする有望な光活性物質である。しかし、こうした応用は主に量子ドットの線形光学特性を利用しており、広い非線形光学領域における大きな可能性は、まだ十分に調べられてない。今回我々は、二次元物質に200 nm未満の厚さの量子ドット膜をコーティングするだけで、その非線形光学応答（第二、第三、第四高調波生成）を3桁以上も大幅に増強できることを実証している。系統的な実験の結果、量子ドットが、強く吸収した多光子エネルギーを遠隔双極子–双極子結合によって隣接する二次元物質に直接運ぶ、非自明な多光子励起共鳴エネルギー移動機構によってこの増強が起こることが示された。今回の知見によって、非線形光学信号処理、多光子撮像、超小型非線形光学素子などの、線形光学の枠を超える多くのエキサイティングな領域に量子ドットの応用が広がる可能性がある。