Combinando due nanostrutture che interagiscono con la luce molto diverse, I ricercatori di A*STAR hanno dimostrato un aumento sorprendentemente forte dell'effetto di raddoppio della frequenza.

La manipolazione funzionale e la trasformazione della luce nei circuiti ottici è un'interessante area di ricerca che combina la fisica della luce e della materia in modi insoliti. All'avanguardia di questa tecnologia, i ricercatori stanno esplorando nuove combinazioni strutturali di materiali che potrebbero dare origine a funzioni potenzialmente utili, in particolare nei sistemi su scala nanometrica.

Joel Kwang Wei Yang, Zhaogang Dong e i loro colleghi dell'Istituto di ricerca e ingegneria dei materiali di A*STAR hanno lavorato su tecniche altamente precise per modellare sottili film d'oro con una struttura a scanalature su scala nanometrica per migliorare l'interazione della luce e produrre effetti di risonanza luminosa noti come plasmonica.

"Abbiamo visto dai nostri studi precedenti che 10 solchi larghi nanometri in un film d'oro possono supportare le modalità plasmoniche concentrando la luce lungo i solchi, " spiega Yang. "Abbiamo quindi pensato che drappeggiare un materiale bidimensionale su questo substrato speciale potrebbe creare un sistema interessante a causa del confinamento della luce in strisce quasi unidimensionali".

In collaborazione con ricercatori della National University of Singapore, Imperial College London e King Abdullah University of Science and Technology in Arabia Saudita, Yang e Dong fabbricati, ha analizzato e modellato un sistema costituito da una pellicola d'oro con nano scanalature sormontata da una scaglia atomicamente sottile di seleniuro di tungsteno (WSe2). Il risultato è stato un notevole 7, moltiplicazione 000 volte di un effetto chiamato generazione di seconda armonica (SHG), per cui due fotoni si combinano per produrre un singolo fotone con il doppio dell'energia (o frequenza).

"Questo lavoro è stato davvero una meraviglia di nanofabbricazione e delicata manipolazione dei campioni, " dice Yang. "Avevamo ottimi collaboratori che ci hanno fornito bellissimi fiocchi WSe2, e un talentuoso dottorato di ricerca. studente che si è laureato, Wang Zhuo, ha lavorato su tecniche di trasferimento all'avanguardia per portare questi fiocchi sulle nostre nanotrincee con il giusto orientamento".

In particolare, il campione è sopravvissuto sia al trasferimento su un substrato trasparente separato che a molti cicli di piegatura senza degradazione nell'emissione di SHG, rendendolo una piattaforma potenzialmente resiliente e versatile per un ulteriore sviluppo.

"I film d'oro sono flessibili e mantengono bene la loro forma, e le scanalature su scala nanometrica producono forti miglioramenti ottici, mentre il monostrato WSe2 è un materiale SHG efficiente ma interagisce solo debolmente con la luce a causa del suo spessore atomico, " dice Dong. "Siamo stati in grado di combinare i vantaggi di entrambi i materiali per ottenere un flessibile, ultracompatto, ed efficiente dispositivo per SHG, con potenziali applicazioni per il raddoppio della frequenza ottica in dispositivi su scala nanometrica".