南京大学物理学院彭茹雯教授和王牧教授研究组在过渡金属硫化物手性超构表面的非线性光辐射研究中取得重要进展，创新性地设计和制备出3R-MoS2手性超构表面，揭示非互易的手性光吸收效应，进而在该体系中首次实现了类非互易的手性二次谐波产生，并展示该超构表面可以用作偏振依赖的多功能光逻辑操作平台。该项研究丰富和发展了手性光子学，为光信息处理提供了独特的方式，促进了集成化非线性光子器件和光逻辑器件的发展。

打破光的互易性在光学信息处理中是非常重要的，以往的研究通常依赖于磁光材料、时变调制或非对称的结构来获得光非互易性。彭茹雯教授和王牧教授研究组长期致力于光与微纳结构相互作用研究，他们的这个工作旨在揭示过渡金属二硫化物的手性超构表面中非互易的手性光吸收效应，并展示其对非线性光发射的影响。

我们知道，单层或3R相过渡金属硫族化合物，由于空间反演对称性破缺从而具有显著的二阶非线性响应，是实现高效二次谐波产生的理想平台。最近，该研究团队创新性地设计并制备了手性3R-MoS2超构表面，利用其非互易的手性光吸收效应，首次在该体系中实现了类非互易的手性二次谐波产生。

该研究团队首先给出了手性3R-MoS2超构表面中非互易手性光学效应的实现方案和设计结构（见图1（上））。基于3R-MoS2本征的C3v对称性和超构表面的结构手性特征，在Mie共振波长附近，当右旋圆偏振光从k-入射到超构表面时，右旋圆偏振光吸收明显高于左旋圆偏振（见图1（下）），从而右旋光激发的二次谐波更强，并且沿着k+方向可以产生更强的右旋二次谐波，沿着k-方向可以产生更强的左旋二次谐波；当入射方向改变为k+则会反转吸收对比度（见图1（下）），左旋圆偏振光入射下的吸收更强，从而左旋光激发的二次谐波更强。因此，基于手性3R-MoS2超构表面可以实现类非互易的手性二次谐波产生。

图1.手性3R-MoS2超构表面非互易手性光学效应的实现方案、结构表征和光谱测量结果。

进一步，该团队考察Mie共振波长附近的基频光分别从k-和k+入射时的二次谐波产生。实验表明，当基频圆偏振光从k-入射时，沿k+方向辐射的二次谐波具有圆二色性62%，沿k-方向辐射的二次谐波具有圆二色性58%；当基频圆偏振光从k+入射时，沿k+方向辐射的二次谐波具有圆二色性-71%，沿k-方向辐射的二次谐波具有圆二色性-61%（见图2）。从而在实验上证实了3R-MoS2手性超构表面中类非互易的手性二次谐波产生。

图2. 几类激发方式下实验测得的手性3R-MoS2超构表面中二次谐波的产生及其偏振特性。

在此基础上，该团队还实验揭示了该手性超构表面具有宽带的非线性响应特征（图3（上））。随后，利用这些非线性响应，通过偏振入射和阈值选择，他们实验实现非线性光逻辑操作，基于单一的3R-MoS2手性超构表面实验实现了四种光学逻辑门（图3（下））。

图3.实验测量的手性3R-MoS2超构表面的宽带非线性响应（上图）；利用单一的手性3R-MoS2超构表面实验实现四种非线性光逻辑门（下图）。

该工作提出并实验证实了手性3R-MoS2超构表面中类非互易的手性二次谐波产生。研究表明，基于非互易的圆偏振光吸收，手性3R-MoS2超构表面呈现出方向与偏振依赖的二次谐波产生，即类非互易的手性二次谐波产生。实验还证实，这种类非互易的非线性响应具有宽带的特性，并可以用于实现非线性的光学逻辑操作，为非线性光学系统的集成化与小型化提供了新的思路，并对促进光学信息处理、光学逻辑等领域的技术发展具有启发意义。

相关成果以题为 “Nonreciprocal-Like Chiral Second-Harmonic Generation in a Chiral 3R-MoS2 Metasurface” 发表在 Nano Letters 26, 5504?5513 (2026)。相关文章链接为：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6c00536 。该项工作由南京大学彭茹雯和王牧研究组完成。南京大学物理学院已毕业的朱毅博士是该论文的第一作者，博士生侯昱恒是该论文的共同第一作者，博士生蔡箐、陈立炯也参与了该项工作，彭茹雯教授和王牧教授是该论文的通讯作者。该研究获得国家重点研发计划和国家自然科学基金委的资助，同时得到南京大学固体微结构物理全国重点实验室、物理学院、人工微结构科学与技术协同创新中心、江苏省物理科学研究中心等支持。