En combinant deux nanostructures interagissant avec la lumière très différentes, Les chercheurs d'A*STAR ont démontré une amélioration étonnamment forte d'un effet de doublement de fréquence.

La manipulation fonctionnelle et la transformation de la lumière dans les circuits optiques est un domaine de recherche passionnant qui combine la physique de la lumière et de la matière de manière inhabituelle. A la pointe de cette technologie, les chercheurs explorent de nouvelles combinaisons structurelles de matériaux qui pourraient donner naissance à des fonctions potentiellement utiles, en particulier dans les systèmes à l'échelle nanométrique.

Joël Kwang Wei Yang, Zhaogang Dong et leurs collègues de l'Institut de recherche et d'ingénierie des matériaux d'A*STAR ont travaillé sur des techniques très précises pour modeler des films d'or minces avec une structure de rainure à l'échelle nanométrique pour améliorer l'interaction lumineuse et produire des effets de résonance lumineuse appelés plasmoniques.

"Nous avons vu dans nos études précédentes que des rainures de 10 nanomètres de large dans un film d'or peuvent prendre en charge les modes plasmon en concentrant la lumière le long des rainures, " explique Yang. " Nous avons alors pensé que le drapage d'un matériau bidimensionnel sur ce substrat spécial pourrait constituer un système intéressant en raison du confinement de la lumière dans des bandes quasi unidimensionnelles. "

En collaboration avec des chercheurs de l'Université nationale de Singapour, Imperial College London et la King Abdullah University of Science and Technology en Arabie Saoudite, Yang et Dong fabriqué, analysé et modélisé un système constitué d'un film d'or nano-rainuré surmonté d'un flocon atomiquement mince de séléniure de tungstène (WSe2). Le résultat a été un remarquable 7, multiplication par 000 d'un effet appelé génération de seconde harmonique (SHG), par lequel deux photons se combinent pour produire un seul photon avec le double de l'énergie (ou de la fréquence).

"Ce travail était vraiment une merveille de nanofabrication et de manipulation délicate des échantillons, " dit Yang. " Nous avons eu d'excellents collaborateurs qui ont fourni de beaux flocons WSe2, et un talentueux doctorat. étudiant qui a depuis obtenu son diplôme, Wang Zhuo, travaillé sur des techniques de transfert de pointe pour amener ces flocons sur nos nanotranchées dans la bonne orientation. »

Notamment, l'échantillon a survécu à la fois au transfert sur un substrat transparent séparé et à de nombreux cycles de flexion sans dégradation de l'émission de SHG, ce qui en fait une plate-forme potentiellement résiliente et polyvalente pour un développement ultérieur.

"Les films d'or sont flexibles et conservent bien leur forme, et les rainures nanométriques produisent de fortes améliorations optiques, tandis que la monocouche WSe2 est un matériau SHG efficace mais n'interagit que faiblement avec la lumière en raison de son épaisseur atomique, " dit Dong. "Nous avons pu combiner les avantages des deux matériaux pour obtenir un ultra-compact, et dispositif efficace pour SHG, avec des applications potentielles pour le doublement de fréquence optique dans des dispositifs à l'échelle nanométrique."