Un groupe de chercheurs de l'Université de Tohoku, du Massachusetts Institute of Technology (MIT), de l'Université Rice, de l'Université des sciences et technologies de Hanoï, de l'Université du Zhejiang et du Laboratoire national d'Oak Ridge ont proposé un nouveau mécanisme pour améliorer la lumière de courte longueur d'onde (100 à 300 nm). ) par génération de seconde harmonique (SHG) dans un matériau mince bidimensionnel (2D) composé entièrement d'éléments banals.
Étant donné que la lumière UV avec SHG joue un rôle important dans les équipements de lithographie à semi-conducteurs et les applications médicales qui n'utilisent pas de matériaux fluorescents, cette découverte a des implications importantes pour les industries existantes et toutes les applications optiques.
Les détails de la recherche ont été publiés dans la revue ACS Nano le 29 août 2023. L'étude a été sélectionnée pour figurer sur la couverture.
Les dichalcogénures de métaux de transition (TMD) Janus sont une classe spécifique de matériaux 2D, généralement composés d'un métal de transition (tel que le molybdène ou le tungstène) pris en sandwich entre deux éléments chalcogènes (tels que le soufre, le sélénium ou le tellure). Nommés d'après le dieu romain Janus, qui avait deux visages regardant dans des directions opposées, les Janus TMD n'ont pas de symétrie d'inversion entre deux surfaces de matériau mince. Cette asymétrie intégrée rend les matériaux Janus-TMD adaptés au SHG, en particulier lorsque les deux TMD sont hétéro-empilés.
SHG est un processus optique non linéaire dans lequel deux photons de même fréquence (ω) interagissent de manière non linéaire avec le matériau et, par conséquent, un seul photon avec deux fois la fréquence (2ω) (ou demi-longueur d'onde) est généré. Fondamentalement, il s'agit d'un phénomène dans lequel la lumière entrante est convertie en lumière avec une fréquence double ou une demi-longueur d'onde.
Le SHG est important dans diverses applications, notamment la technologie laser, la microscopie, la science médicale et la physique du solide. SHG est utilisé pour générer de la lumière avec des longueurs d'onde plus courtes, ce qui peut être utile dans des domaines tels que les équipements de lithographie à semi-conducteurs et les applications médicales, telles que les techniques d'imagerie qui n'utilisent pas de matériaux fluorescents.
"Notre équipe de chercheurs a optimisé les conditions du SHG dans les hétérobicouches des matériaux Janus TMD 2D", souligne Nguyen Tuan Hung, professeur adjoint au Frontier Institute for Interdgraduate Science (FRIS), de l'Université du Tohoku. "Plus précisément, nous avons constaté que l'empilement AA, dans lequel les atomes de la couche supérieure chevauchent directement les atomes de la couche inférieure, et l'empilement AB, dans lequel les atomes de la couche supérieure ne chevauchent pas directement les atomes de la couche inférieure, entraînaient une triple amélioration. du premier dans la réponse optique non linéaire du SHG. Cette prédiction théorique concordait avec le fait que l'intensité maximale du SHG est quatre fois plus grande pour l'empilement AA que pour l'empilement AB dans l'expérience.
"Ainsi, nous avons suggéré que l'intensité SHG est également un moyen utile de déterminer comment les couches de matériaux 2D sont empilées", a déclaré Nguyen. De plus, les chercheurs suggèrent que l'ajout d'une contrainte latérale (jusqu'à 20 %) à ces matériaux peut encore augmenter l'intensité lumineuse de manière significative."
"Notre recherche introduit une nouvelle catégorie de matériaux qui produisent du SHG, et nous pouvons les fabriquer de manière flexible en utilisant des matériaux 2D", ajoute Nguyen.
Plus d'informations : Nguyen Tuan Hung et al, Réponses optiques non linéaires des hétérobicouches Janus MoSSe/MoS2 optimisées par ordre d'empilement et contrainte, ACS Nano (2023). DOI :10.1021/acsnano.3c04436
Informations sur le journal : ACS Nano
Fourni par l'Université du Tohoku
