Genom att kombinera två mycket olika ljusinteragerande nanostrukturer, A*STAR -forskare har visat en överraskande stark förbättring av en frekvensfördubblingseffekt.

Den funktionella manipulationen och transformationen av ljus i optiska kretsar är ett spännande forskningsområde som kombinerar ljusets och materiens fysik på ovanliga sätt. I framkant av denna teknik, forskare utforskar nya strukturella kombinationer av material som kan ge upphov till potentiellt användbara funktioner, särskilt i nanoskala system.

Joel Kwang Wei Yang, Zhaogang Dong och deras kollegor vid A*STAR's Institute of Materials Research and Engineering har arbetat med mycket exakta tekniker för att mönstra tunna guldfilmer med nanoskala spårstruktur för att förbättra ljusinteraktionen och producera ljusresonanseffekter som kallas plasmonik.

"Vi har sett från våra tidigare studier att 10 nanometer breda spår i en guldfilm kan stödja plasmonlägen genom att koncentrera ljus längs spåren, "förklarar Yang." Vi tänkte då att drapering av ett tvådimensionellt material på detta speciella substrat kan skapa ett intressant system på grund av att ljuset blir inneslutet i kvasi endimensionella remsor. "

I samarbete med forskare från National University of Singapore, Imperial College London och King Abdullah University of Science and Technology i Saudiarabien, Yang och Dong tillverkade, analyserade och modellerade ett system bestående av den nano-räfflade guldfilmen toppad med en atomtunn fling av volframselenid (WSe2). Resultatet blev en anmärkningsvärd 7, 000-faldig multiplikation av en effekt som kallas andra harmoniska generationen (SHG), genom vilken två fotoner kombineras för att producera en enda foton med dubbel energi (eller frekvens).

"Detta arbete var verkligen ett under av nanofabrication och känslig provhantering, "säger Yang." Vi hade utmärkta samarbetspartners som gav vackra WSe2 -flingor, och en begåvad doktorand student som sedan har tagit examen, Wang Zhuo, arbetat med toppmoderna överföringstekniker för att få dessa flingor vidare till våra nanotrenger i rätt riktning. "

I synnerhet, provet överlevde både överföringen till ett separat transparent substrat och många böjningscykler utan nedbrytning av SHG -utsläpp, vilket gör den till en potentiellt motståndskraftig och mångsidig plattform för vidare utveckling.

"Guldfilmer är flexibla och behåller sin form väl, och spåren i nanoskala ger starka optiska förbättringar, medan monoskikt WSe2 är ett effektivt SHG -material men endast interagerar svagt med ljus på grund av dess atomtjocklek, "säger Dong." Vi kunde kombinera fördelarna med båda materialen för att uppnå en flexibel, ultrakompakt, och effektiv enhet för SHG, med potentiella applikationer för optisk frekvensfördubbling i nanoskalaenheter. "