Depuis l'invention du premier laser au monde, le laser rubis, en 1960, le désir humain de contrôler la lumière s'est étendu à diverses industries, y compris les télécommunications, Médicament, GPS, capteurs optiques et calculateurs optiques. Récemment, une équipe de recherche de POSTECH a fait un pas de plus vers son objectif de contrôler la lumière en identifiant les phénomènes optiques non linéaires se produisant dans les hétérobicouches composées de matériaux bidimensionnels.

Un phénomène optique non linéaire fait référence à l'apparition de lumière dont l'intensité ne double pas lorsque l'intensité optique d'entrée double, dans lequel la sortie résultante a des fréquences différentes de l'entrée d'origine. Ce phénomène est facile à comprendre si vous considérez les électrons et les noyaux comme des oscillateurs connectés par ressort. Lorsque le ressort est déplacé à un cycle constant, la lumière est générée par l'oscillation des électrons et des noyaux. Si la force de traction du ressort est faible, seule la lumière avec la même fréquence que la force externe appliquée est formée, mais quand une force puissante est exercée, une lumière à plusieurs fréquences est produite. Parmi ceux-ci, la lumière avec deux fois la fréquence d'entrée est connue sous le nom de lumière de « génération de seconde harmonique » (SHG). Le phénomène d'onde harmonique secondaire peut se produire dans des substances qui ne sont pas à symétrie ponctuelle, et il a été récemment découvert que l'efficacité est élevée dans les cristaux semi-conducteurs 2-D tels que le bisulfure de molybdène (MoS 2 ) et le disulfure de tungstène (WS 2 ).

Une équipe de recherche dirigée par le professeur Sunmin Ryu et Wontaek Kim dans le programme intégré MS/Ph.D du département de chimie de POSTECH a noté que l'onde harmonique secondaire produite par un matériau hétérobicouche (MoS 2 /WS 2 ) n'a pu être expliqué par le modèle existant, et a confirmé qu'il était causé par l'interférence du SHG avec différentes phases. L'équipe a anticipé la différence de phase dans SHG grâce aux résultats de la spectroscopie polarisante d'hétérocouches qui ont montré la lumière SHG elliptiquement polarisée. La différence de phase directement mesurée par l'interféromètre à ondes harmoniques secondaires était quantitativement cohérente avec les résultats obtenus par spectroscopie polarisante, prouver leur hypothèse. En outre, Les calculs DFT ont pu soutenir ces résultats.

Jusqu'à présent, les études SHG sur les matériaux 2D se sont principalement limitées à leur intensité, mais c'est la première fois que la phase SHG est mesurée et il a été montré qu'il existe une différence de phase SHG entre les deux matériaux. La recherche a montré la possibilité de contrôler la phase d'un SHG.

"La recherche conventionnelle était biaisée vers l'identification de l'orientation des échantillons de cristaux 2-D en utilisant l'intensité SHG et en la contrôlant par des stimuli externes, " a fait remarquer le professeur Sunmin Ryu qui a dirigé l'étude. Il a ajouté, "Cette étude a non seulement élargi notre compréhension des phénomènes optiques non linéaires des matériaux 2D, mais a également ouvert de nouvelles possibilités pour les méthodes de contrôle spectroscopiques non linéaires. "Les résultats de la recherche devraient contribuer grandement au contrôle des phénomènes optiques non linéaires en utilisant des matériaux 2D pour produire de nouveaux photons avec une fréquence de vibration deux fois plus élevée et une phase contrôlée."