Metal halide perovskites show considerable optical nonlinearity and could be used for cost-effective nonlinear optical devices if their nonlinear susceptibilities can be improved. Here, we report large optical nonlinearity, including third-order nonlinear absorption, refraction, and two-photon absorption excited luminescence, of CsPbBr3 nanoplatelets with a thickness of two or three atomic layers and a plane size of about 60 nm. Specifically, the nonlinear absorption was mainly induced by two-photon absorption at low incident powers, and the nonlinear absorption cross section reached 2.15 × 107 GM. It is two orders of magnitude larger than that of CsPbBr3 nanocrystals, which makes them an ideal optical limiting material. Furthermore, the nanoplatelets exhibited large self-phase modulation-induced nonlinear refraction, and the figures of merit W and T satisfied W >1 and T <1, which allow for optical switching. The large optical nonlinearity of CsPbBr3 nanoplatelets provides a basis for multifunctional applications in nonlinear optical devices.

1.
J.
Xing
,
Y.
Zhao
,
M.
Askerka
,
L. N.
Quan
,
X.
Gong
,
W.
Zhao
,
J.
Zhao
,
H.
Tan
,
G.
Long
,
L.
Gao
,
Z.
Yang
,
O.
Voznyy
,
J.
Tang
,
Z. H.
Lu
,
Q.
Xiong
, and
E. H.
Sargent
,
Nat. Commun.
9
,
3541
(
2018
).
2.
L.
Clinckemalie
,
D.
Valli
,
M. B. J.
Roeffaers
,
J.
Hofkens
,
B.
Pradhan
, and
E.
Debroye
,
ACS Energy Lett.
6
,
1290
(
2021
).
3.
J.
Yu
,
G.
Liu
,
C.
Chen
,
Y.
Li
,
M.
Xu
,
T.
Wang
,
G.
Zhao
, and
L.
Zhang
,
J. Mater. Chem. C
8
,
6326
(
2020
).
4.
Z.
Cao
,
F.
Hu
,
C.
Zhang
,
S.
Zhu
,
M.
Xiao
, and
X.
Wang
,
Adv. Photonics
2
,
054001
(
2020
).
5.
F.
Kang
,
G.
Sun
,
P.
Boutinaud
,
H.
Wu
,
F.
Ma
,
J.
Lu
,
J.
Gan
,
H.
Bian
,
F.
Gao
, and
S.
Xiao
,
Chem. Eng. J.
403
,
126099
(
2021
).
6.
Q. A.
Akkerman
,
M.
Gandini
,
F.
Di Stasio
,
P.
Rastogi
,
F.
Palazon
,
G.
Bertoni
,
J. M.
Ball
,
M.
Prato
,
A.
Petrozza
, and
L.
Manna
,
Nat. Energy
2
,
16194
(
2016
).
7.
X.
Lan
,
O.
Voznyy
,
F.
Pelayo García de Arquer
,
M.
Liu
,
J.
Xu
,
A. H.
Proppe
,
G.
Walters
,
F.
Fan
,
H.
Tan
,
M.
Liu
,
Z.
Yang
,
S.
Hoogland
, and
E. H.
Sargent
,
Nano Lett.
16
,
4630
(
2016
).
8.
X.
Li
,
Y.
Wu
,
S.
Zhang
,
B.
Cai
,
Y.
Gu
,
J.
Song
, and
H.
Zeng
,
Adv. Funct. Mater.
26
,
2435
(
2016
).
9.
G.
Xing
,
N.
Mathews
,
S. S.
Lim
,
N.
Yantara
,
X.
Liu
,
D.
Sabba
,
M.
Gratzel
,
S.
Mhaisalkar
, and
T. C.
Sum
,
Nat. Mater.
13
,
476
(
2014
).
10.
P.
Li
,
Y.
Chen
,
T.
Yang
,
Z.
Wang
,
H.
Lin
,
Y.
Xu
,
L.
Li
,
H.
Mu
,
B. N.
Shivananju
,
Y.
Zhang
,
Q.
Zhang
,
A.
Pan
,
S.
Li
,
D.
Tang
,
B.
Jia
,
H.
Zhang
, and
Q.
Bao
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
9
,
12759
(
2017
).
11.
L.
Jiang
,
R.
Liu
,
R.
Su
,
Y.
Yu
,
H.
Xu
,
Y.
Wei
,
Z.
Zhou
, and
X.
Wang
,
Nanoscale
10
,
13565
(
2018
).
12.
J.
Zhang
,
T.
Jiang
,
X.
Zheng
,
C.
Shen
, and
X.
Cheng
,
Opt. Lett.
42
,
3371
(
2017
).
13.
K. N.
Krishnakanth
,
S.
Seth
,
A.
Samanta
, and
S. V.
Rao
,
Opt. Lett.
43
,
603
(
2018
).
14.
Z.
Xu
,
T.
Chen
,
D.
Zhang
,
G.
Zheng
,
J.
Wu
,
J.
Yan
,
X.
Liu
, and
J.
Qiu
,
J. Eur. Ceram. Soc.
41
,
729
(
2021
).
15.
Y.
Zhou
,
Y.
Huang
,
X.
Xu
,
Z.
Fan
,
J. B.
Khurgin
, and
Q.
Xiong
,
Appl. Phys. Rev.
7
,
041313
(
2020
).
16.
T.
He
,
J.
Li
,
X.
Qiu
,
S.
Xiao
,
C.
Yin
, and
X.
Lin
,
Adv. Opt. Mater.
6
,
1800843
(
2018
).
17.
X.
Sheng
,
G.
Chen
,
C.
Wang
,
W.
Wang
,
J.
Hui
,
Q.
Zhang
,
K.
Yu
,
W.
Wei
,
M.
Yi
,
M.
Zhang
,
Y.
Deng
,
P.
Wang
,
X.
Xu
,
Z.
Dai
,
J.
Bao
, and
X.
Wang
,
Adv. Funct. Mater.
28
,
1800283
(
2018
).
18.
A. A.
Said
,
M.
Sheikbahae
,
T. H.
Wei
,
D. J.
Hagan
, and
E. W.
Vanstryland
,
IEEE J. Quantum Electron.
26
,
760
(
1990
).
19.
W.
Lu
,
C.
Chen
,
D.
Han
,
L.
Yao
,
J.
Han
,
H.
Zhong
, and
Y.
Wang
,
Adv. Opt. Mater.
4
,
1732
(
2016
).
20.
C.
Huo
,
C.
Fong
,
M. R.
Amara
,
Y.
Huang
,
B.
Chen
,
H.
Zhang
,
L.
Guo
,
H.
Li
,
W.
Huang
,
C.
Diederichs
, and
Q.
Xiong
,
Nano Lett.
20
,
3673
(
2020
).
21.
Y.
Bekenstein
,
B. A.
Koscher
,
S. W.
Eaton
,
P.
Yang
, and
A. P.
Alivisatos
,
J. Am. Chem. Soc.
137
,
16008
(
2015
).
22.
P.
Cottingham
and
R. L.
Brutchey
,
Chem. Commun.
52
,
5246
(
2016
).
23.
A.
Shinde
,
R.
Gahlaut
, and
S.
Mahamuni
,
J. Phys. Chem. C
121
,
14872
(
2017
).
24.
Y.
Wang
,
X.
Li
,
X.
Zhao
,
L.
Xiao
,
H.
Zeng
, and
H.
Sun
,
Nano Lett.
16
,
448
(
2016
).
25.
Q.
Han
,
W.
Wu
,
W.
Liu
,
Q.
Yang
, and
Y.
Yang
,
Opt. Mater.
75
,
880
(
2018
).
26.
S.
Liu
,
G.
Chen
,
Y.
Huang
,
S.
Lin
,
Y.
Zhang
,
M.
He
,
W.
Xiang
, and
X.
Liang
,
J. Alloys Compd.
724
,
889
(
2017
).
27.
W.
Li
,
T.
Wang
,
C.
Zheng
,
L.
Guo
, and
W.
Chen
,
Opt. Mater.
110
,
110521
(
2020
).
28.
Y.
Xie
,
Y.
Lu
,
J.
Huang
,
Z.
Wu
,
F.
Xu
, and
D.
Zuo
,
Appl. Opt.
60
,
8858
(
2021
).
29.
Y.
Song
,
Y.
Wang
,
J.
Li
,
G.
Fang
,
X.
Yang
,
Y.
Wu
,
Y.
Liu
,
X.
Zuo
,
Q.
Zhu
, and
N.
Chen
,
Proc. SPIE
3554
,
241
(
1998
).
30.
A.
Mushtaq
,
D.
Kushavah
,
S.
Ghosh
, and
S. K.
Pal
,
Appl. Phys. Lett.
114
,
051902
(
2019
).
31.
P.
Yang
,
J.
Xu
,
J.
Ballato
,
R. W.
Schwartz
, and
D. L.
Carroll
,
Appl. Phys. Lett.
80
,
3394
(
2002
).
32.
W.
Liang
,
F.
Liu
,
Y.
Lu
,
J.
Popovic
,
A.
Djurisic
, and
H.
Ahn
,
Opt. Express
28
,
24919
(
2020
).
33.
I.
Abdelwahab
,
P.
Dichtl
,
G.
Grinblat
,
K.
Leng
,
X.
Chi
,
I.
Park
,
M. P.
Nielsen
,
R. F.
Oulton
,
K. P.
Loh
, and
S. A.
Maier
,
Adv. Mater.
31
,
1902685
(
2019
).
34.
S.
Zou
,
G.
Yang
,
T.
Yang
,
D.
Zhao
,
Z.
Gan
,
W.
Chen
,
H.
Zhong
,
X.
Wen
,
B.
Jia
, and
B.
Zou
,
J. Phys. Chem. Lett.
9
,
4878
(
2018
).
35.
J.
Butkus
,
P.
Vashishtha
,
K.
Chen
,
J. K.
Gallaher
,
S. K. K.
Prasad
,
D. Z.
Metin
,
G.
Laufersky
,
N.
Gaston
,
J. E.
Halpert
, and
J. M.
Hodgkiss
,
Chem. Mater.
29
,
3644
(
2017
).
36.
W.
Chen
,
F.
Zhang
,
C.
Wang
,
M.
Jia
,
X.
Zhao
,
Z.
Liu
,
Y.
Ge
,
Y.
Zhang
, and
H.
Zhang
,
Adv. Mater.
33
,
2004446
(
2021
).
37.
I. D.
Laktaev
,
D. V.
Przhiialkovskii
,
B. M.
Saidzhonov
,
R. B.
Vasiliev
,
A. M.
Smirnov
, and
O. V.
Butov
,
Semiconductors
54
,
1900
(
2020
).
38.
Y.
Wu
,
Q.
Wu
,
F.
Sun
,
C.
Cheng
,
S.
Meng
, and
J.
Zhao
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
112
,
11800
(
2015
).
39.
Z.
Zhou
,
H.
Xu
,
Y.
Yu
,
L.
Lin
, and
X.
Wang
,
Laser Photonics Rev.
15
,
2100281
(
2021
).
40.
Y.
Hamanaka
,
A.
Nakamura
,
S.
Omi
,
N.
Del Fatti
,
F.
Vallée
, and
C.
Flytzanis
,
Appl. Phys. Lett.
75
,
1712
(
1999
).
41.
Q.
Wang
,
J.
Han
,
H.
Gong
,
D.
Chen
,
X.
Zhao
,
J.
Feng
, and
J.
Ren
,
Adv. Funct. Mater.
16
,
2405
(
2006
).
42.
Y.
Fu
,
R. A.
Ganeev
,
C.
Zhao
,
K. S.
Rao
,
S. K.
Maurya
,
W.
Yu
,
K.
Zhang
, and
C.
Guo
,
Appl. Phys. B
125
,
1
(
2019
).
43.
M.
He
,
C.
Quan
,
C.
He
,
Y.
Huang
,
L.
Zhu
,
Z.
Yao
,
S.
Zhang
,
J.
Bai
, and
X.
Xu
,
J. Phys. Chem. C
121
,
27147
(
2017
).
44.
T.
Neupane
,
B.
Tabibi
, and
F. J.
Seo
,
Opt. Mater. Express
10
,
831
(
2020
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.