Scientifiques de l'Institut des sciences et technologies de Daegu Gyeongbuk, Corée, ont développé un nouveau procédé qui fournit un processus ultrarapide de génération de photons dans des matériaux bidimensionnels. Ce processus peut potentiellement alimenter le développement de dispositifs optiques avancés dans le domaine de la photonique.

Photonique, ou la science de la manipulation de la lumière, a diverses applications dans l'électronique moderne, comme dans les technologies de l'information, semi-conducteurs, et les dispositifs basés sur la santé. Ainsi, les chercheurs du monde entier se sont concentrés sur la recherche de nouvelles approches pour stimuler les avancées dans le domaine de la photonique. Mais, le défi réside dans l'optimisation du processus de « génération de photons » comme souhaité, ce qui est crucial pour toutes les applications basées sur la photonique.

Dans une étude récente publiée dans Lettres nano , une équipe de chercheurs du Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST), dirigé par le professeur J.D. Lee, développé un nouveau mécanisme pour maximiser l'efficacité de la conversion des photons dans les matériaux 2D. Les scientifiques y sont parvenus en explorant une méthode appelée « génération de seconde harmonique non linéaire » (SHG), un processus optique dans lequel deux photons de même fréquence interagissent avec un matériau non linéaire et génèrent un nouveau photon avec une énergie deux fois plus élevée, entraînant ainsi un doublement de la fréquence. « La génération efficace de photons est un élément crucial du développement de dispositifs photoniques. Dans notre étude, nous avons développé un processus ultrarapide de conversion de photons dans un matériau à couche atomistique pour innover dans les applications basées sur la photonique."

Dans leur étude, les scientifiques se sont concentrés sur un matériau 2D appelé diséléniure de tungstène (WSe2), en raison de ses caractéristiques de bande intrigantes. Par exemple, ce matériau se compose de divers « points de résonance » qui répondent de manière sensible à l'absorption de particules lumineuses appelées « photons ». Le professeur Lee dit, « Nous nous sommes concentrés sur cette fonctionnalité de WSe2 et avons révélé un nouveau processus pour convertir la « couleur » en photons via le mode de résonance double maximisé. »

Basé sur SHG, les chercheurs ont proposé une nouvelle méthode appelée « génération de fréquence de somme optique à double résonance » (SFG), dans lequel ils ont sélectionné deux points de résonance dans WSe2 appelés excitons A et D, respectivement. En utilisant cette méthode, les chercheurs ont découvert que lorsque WSe2 est irradié à l'aide de deux impulsions d'excitation (ω1 et ω2), l'une des deux impulsions (ω1) étant accordée à l'exciton A et leur fréquence somme (ω1 + ω2) à l'exciton D, le signal est 20 fois plus élevé que le mode mono-résonant ! Pas seulement ça, l'intensité qui a été produite par cette méthode s'est avérée être un ordre de grandeur plus élevée que SHG dans les mêmes conditions. Ces résultats ont ensuite été confirmés par diverses techniques, y compris la théorie fonctionnelle de la densité et les expériences optiques. Le professeur Lee déclare, "La méthode SFG à double résonance que nous proposons fournit de nouvelles connaissances scientifiques non seulement sur les méthodes spectroscopiques et microscopiques non linéaires, mais également sur l'optique et la technologie non linéaires utilisant des semi-conducteurs bidimensionnels."

Ces résultats montrent un potentiel énorme pour le développement de dispositifs photoniques avancés. Le professeur Lee conclut, "Notre étude peut potentiellement faire passer les applications basées sur la photonique au niveau supérieur, par exemple, des méthodes de diagnostic moins chères grâce à de meilleurs instruments d'imagerie optique dans un avenir proche."