2024 中關村論壇年會開幕式于 4 月 25 日舉行，公布了我國科學家發明的世界上已知最薄的光學晶體——菱方氮化硼晶體。

據介紹，光學晶體是激光技術的“心髒”。激光技術在微納加工、量子光源、生物監測等領域都有重要應用。集成化、微型化、多功能化是未來激光器的發展方向，中國科學家經反複組合嘗試，鎖定輕巧的氮化硼爲最優選擇。

北京大學科研團隊創造性提出“轉角相位匹配理論”，並應用氮化硼首次制備出超薄、高能效光學晶體“轉角菱方氮化硼”。厚度僅爲微米量級，能效提升至少 100 倍，爲新一代激光技術奠定了理論和材料基礎。

2023 年 12 月，北京大學物理學院量子材料科學中心王恩哥院士、凝聚態物理與材料物理研究所劉開輝教授和洪浩特聘副研究員與合作者在非線性光學晶體領域取得重大突破。

相關研究成果以“二維材料光學晶體轉角相位匹配”（Twist-phase-matching in two-dimensional materials）爲題在線發表于 《物理評論快報》（Physical Review Letters）雜志上。

研究團隊探索發現二維輕元素材料菱方氮化硼具有深紫外的帶隙、優異的物理化學穩定性、超高的激光損傷阈值和非線性系數，是非常理想的紫外光學晶體材料。基于界面轉角相位匹配理論，團隊成功制備了第三類光學晶體，轉角菱方氮化硼光學晶體。

氮化硼晶體在寬光譜範圍內實現了光學倍頻轉換效率的突破，3.2 微米厚度下可達 8%，同厚度下相較于傳統晶體提升了 100-10000 倍，是世界已知最薄的光學晶體。

此外，轉角相位匹配賦予氮化硼全新的功能，使其能夠有效調控參量光的偏振態。這一突破爲新一代“極限波長”“極限尺寸”“極限穩定”激光技術的革新奠定了理論和材料基礎。

劉開輝教授表示“該理論的應用有望讓激光器的尺寸縮小至微米級。一些過去無法制造光學晶體的材料，也有望在材料堆疊角度的轉動中再次煥發生機”。

附論文鏈接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.233801