Scienziati del Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology, Corea, hanno sviluppato un nuovo processo che fornisce un processo ultraveloce di generazione di fotoni in materiali bidimensionali. Questo processo può potenzialmente alimentare lo sviluppo di dispositivi ottici avanzati nel campo della fotonica.

fotonica, o la scienza della manipolazione della luce, ha varie applicazioni nell'elettronica moderna, come nella tecnologia dell'informazione, semiconduttori, e dispositivi basati sulla salute. Così, i ricercatori di tutto il mondo si sono concentrati sulla ricerca di nuovi approcci per stimolare i progressi nel campo della fotonica. Ma, la sfida sta nell'ottimizzare il processo di "generazione di fotoni" come desiderato, che è cruciale per tutte le applicazioni basate sulla fotonica.

In un recente studio pubblicato su Nano lettere , un team di ricercatori del Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST), guidato dal professor J.D. Lee, ha sviluppato un nuovo meccanismo per massimizzare l'efficienza della conversione dei fotoni nei materiali 2-D. Gli scienziati hanno raggiunto questo obiettivo esplorando un metodo chiamato "generazione non lineare di seconda armonica" (SHG), un processo ottico in cui due fotoni con la stessa frequenza interagiscono con un materiale non lineare e generano un nuovo fotone con il doppio dell'energia, con conseguente raddoppio della frequenza. "La generazione efficiente di fotoni è una parte cruciale dello sviluppo di dispositivi fotonici. Nel nostro studio, abbiamo sviluppato un processo ultraveloce di conversione dei fotoni in un materiale a strato atomico per innovare le applicazioni basate sulla fotonica".

Nel loro studio, gli scienziati si sono concentrati su un materiale 2-D chiamato diseleniuro di tungsteno (WSe2), per le sue intriganti caratteristiche di banda. Ad esempio, questo materiale è costituito da vari "punti risonanti" che rispondono sensibilmente all'assorbimento di particelle luminose chiamate "fotoni". Il professor Lee dice, "Ci siamo concentrati su questa funzionalità di WSe2 e abbiamo rivelato un nuovo processo per convertire il "colore" in fotoni attraverso la modalità a doppia risonanza massimizzata."

Sulla base di SHG, i ricercatori hanno proposto un nuovo metodo chiamato "generazione di frequenze di somma ottica a doppia risonanza" (SFG), in cui hanno selezionato due punti di risonanza in WSe2 chiamati eccitoni A e D, rispettivamente. Usando questo metodo, i ricercatori hanno scoperto che quando WSe2 viene irradiato utilizzando due impulsi di eccitazione (ω1 e ω2), con uno dei due impulsi (ω1) sintonizzato sull'eccitone A e la loro frequenza somma (ω1 + ω2) sull'eccitone D, il segnale è 20 volte più alto della modalità a risonanza singola! Non solo questo, l'intensità prodotta da questo metodo è risultata essere un ordine di grandezza superiore a SHG nelle stesse condizioni. Questi risultati sono stati poi confermati utilizzando varie tecniche, compresa la teoria del funzionale della densità e gli esperimenti ottici. Il professor Lee afferma, "Il nostro metodo SFG a doppia risonanza proposto fornisce nuove intuizioni scientifiche non solo sui metodi spettroscopici e microscopici non lineari, ma anche sull'ottica e sulla tecnologia non lineari che utilizzano semiconduttori bidimensionali".

Questi risultati mostrano un enorme potenziale per lo sviluppo di dispositivi fotonici avanzati. Il professor Lee conclude, "Il nostro studio può potenzialmente portare le applicazioni basate sulla fotonica al livello successivo, ad esempio, metodi diagnostici più economici attraverso migliori strumenti di imaging ottico nel prossimo futuro."