Благодаря разработке ученых из Технологического университета Чалмерса, известный материал был успешно помещен в форму диска, что позволило существенно повысить его характеристики. Полученный наноразмерный диск продемонстрировал выраженную нелинейность и высокий показатель преломления.
Фотоника базируется на взаимодействии света и материи, что позволяет создавать устройства, использующие оптические, а не электрические сигналы. Оптические устройства могут обладать более высокими характеристиками по сравнению с электронными. Развитие фотоники оказало существенное влияние на такие области, как медицина, связь, спектроскопия, лазерные и квантовые технологии.
Для изучения фотонных свойств исследователи применили дисульфид молибдена — дихалькогенид переходного металла, представляющий собой одномерный материал. Его оптические характеристики, важные для фотоники, сохраняются при комнатной температуре. Однако, из-за особенностей кристаллической структуры, наслаивание этого материала на себя затруднено и приводит к ухудшению нелинейных свойств.
Ученые впервые получили нанодиск, сформированный из слоев дисульфида молибдена, расположенных определенным образом. В ходе работы им удалось зафиксировать деформированную инверсная симметрия внутри структуры материала. Это позволяет сохранить нелинейные оптические свойства каждого слоя и усиливает их. Исследование опубликовано в Nature Photonics.
Материал характеризуется высоким коэффициентом преломления, благодаря чему достигается более эффективная концентрация света. Его можно наносить на различные подложки без необходимости подстройки под атомную структуру. Это способствует снижению затрат на производство фотонных устройств.
Нанодиск улавливает электромагнитное поле и излучает свет с удвоенной частотой – этот эффект известен как генерацией второй гармоники. Это нелинейное оптическое явление используют в высокоэнергетических импульсных лазерных системах.
Благодаря своей структуре, напоминающей диск, размер которой составляет всего 50 нанометров, она демонстрирует преобразование частоты света во 10 тысяч раз более эффективное, чем неструктурированный материал аналогичного типа.
Разработанный учеными материал и его структура характеризуются выдающимися нелинейными оптическими свойствами и существенными линейными оптическими параметрами, в частности, показатель преломления достигает 4,5 в видимом спектре.
Второй гармоник и другие нелинейные эффекты используются в лазерах постоянно, но способные на это элементы обычно размером несколько сантиметров. А величина нанодиска — около 50 нанометров, что примерно в 100 тысяч раз тоньше.
Ученые считают, что дисульфид молибдена и аналогичные материалы, благодаря своим малым габаритам и особым характеристикам, позволят существенно уменьшить размеры фотонных устройств. Полученные данные будут востребованы в области нелинейной оптики и при создании запутанных пар фотонов.