近日，浙江大学台州研究院先进材料中心吴勇军教授、洪子健研究员团队与清华大学材料学院李千副教授团队合作，在国际知名期刊《自然·通讯》（Nature Communications）上发表题为“极性斯格明子的巨大电场诱导二次谐波产生效应”（Giant electric field-induced second harmonic generation in polar skyrmions）的研究论文。

   光学二次谐波产生（SHG）是材料的一种重要的非线性光学效应，被广泛应用在多种激光器与光电子等前沿器件中，例如电光调制器、全光开关、频率梳、量子光源等新兴集成光子学器件。同时，它作为表征分析手段在材料科学、生命科学等研究领域中也具有重要应用价值。

   然而，目前发现的大多数非线性光学材料存在SHG强度低，调制深度低、调制速率慢，以及伴生的迟滞、疲劳问题等缺点。

   在本研究中，吴勇军教授、洪子健研究员团队通过相场理论模拟研究，深入阐明了极性斯格明子二次谐波产生效应的微观机制，揭示了极性斯格明子在不同方向外加电场作用下迥异的变化过程。通过与清华大学李千副教授合作，从实验上测得高达664% V-1的非线性光学调谐率（图a-b）。

   理论研究表明，当薄膜上电极施加正电压时，斯格明子收缩，从初始状态（图c，中）向面外畴转变（图c，右），从而导致原有伪中心对称性被破坏（图d），产生较强的SHG响应；当薄膜上电极施加负电压时，斯格明子膨胀，相互接触后合并变为迷宫状（图c，左），向面外畴转变的路径与正电压时不同，因而产生了不同的SHG响应。对比多种不同的材料体系或器件的调谐率和二阶非线性系数（图e），其中极性斯格明子的非线性调谐率为目前已报道的各类材料中的最高值。本工作验证了一种具有巨大非线性效应的极性斯格明子体系，进一步厘清了其晶体结构、极化构型和SHG响应的关联，对新型非线性集成光子学材料平台的研发进程做出了重要推动。

   本项目得到了国家自然科学基金联合项目，基础科学中心项目、原创探索计划项目、科技部重点研发计划、北京市自然科学基金等的资助。其他重要合作者包括国家纳米科学中心郑强研究员，清华大学南策文院士、李敬锋教授，上海同步辐射光源李晓龙研究员，美国威斯康星大学麦迪逊分校保罗·埃文斯（Paul G.Evans）教授等。