Kredit:Pohang University of Science &Technology (POSTECH)
Sedan uppfinningen av världens första laser - rubinlasern - 1960, människans önskan att kontrollera ljus har spridit sig till olika industrier, inklusive telekommunikation, medicin, GPS, optiska sensorer och optiska datorer. Nyligen, en forskargrupp från POSTECH har tagit ett steg närmare sitt mål att kontrollera ljus genom att identifiera icke-linjära optiska fenomen som förekommer i heterobillager som består av tvådimensionella material.
Ett icke-linjärt optiskt fenomen hänvisar till förekomsten av ljus vars intensitet inte fördubblas när den optiska ingångsintensiteten fördubblas, där den resulterande utsignalen har andra frekvenser än den ursprungliga ingången. Detta fenomen är lätt att förstå om man tänker på elektroner och kärnor som fjäderanslutna oscillatorer. När fjädern flyttas med en konstant cykel, ljus genereras av oscillation av elektroner och kärnor. Om fjäderdragkraften är liten, endast ljus med samma frekvens som den applicerade yttre kraften bildas, men när en stark kraft utövas, ljus med flera frekvenser produceras. Bland dessa, ljus med två gånger ingångsfrekvensen kallas "second-harmonic generation" (SHG) ljus. Det sekundära övertonsvågfenomenet kan förekomma i ämnen som inte är punktsymmetriska, och det har nyligen upptäckts att effektiviteten är hög i 2D-halvledarkristaller som molybdendisulfid (MoS 2 ) och volframdisulfid (WS 2 ).
En forskargrupp ledd av professor Sunmin Ryu och Wontaek Kim i det integrerade MS/Ph.D-programmet vid Institutionen för kemi vid POSTECH noterade att den sekundära övertonsvågen som produceras av ett heterobilagermaterial (MoS 2 /WS 2 ) kunde inte förklaras av den befintliga modellen, och bekräftade att det orsakades av SHG-interferensen med olika faser. Teamet förutsåg fasskillnaden i SHG genom resultaten av polariserande spektroskopi av heterolager som visade det elliptiskt polariserade SHG-ljuset. Fasskillnaden uppmätt direkt genom den sekundära övertonsvåginterferometern överensstämde kvantitativt med resultaten från polariserande spektroskopi, bevisar sin hypotes. Dessutom, DFT-beräkningar kunde stödja dessa resultat.
Hittills har SHG-studier av 2D-material mestadels varit begränsade till deras intensitet, men detta är första gången som SHG-fasen mättes och det visades att det finns en skillnad i SHG-fasen mellan de två materialen. Forskningen visade möjligheten att kontrollera en SHGs fas.
"Den konventionella forskningen var partisk för att identifiera orienteringen av 2D-kristallprover med hjälp av SHG-intensitet och kontrollera den genom externa stimuli, " kommenterade professor Sunmin Ryu som ledde studien. Han tillade, "Denna studie breddade inte bara vår förståelse av olinjära optiska fenomen i 2D-material, men öppnade också nya möjligheter för icke-linjära spektroskopiska kontrollmetoder." Han avslutade, "Forskningsresultaten förväntas i hög grad bidra till kontrollen av olinjära optiska fenomen genom att använda 2-D-material för att producera nya fotoner med dubbelt så hög vibrationsfrekvens och kontrollerad fas."
