Dall'invenzione del primo laser al mondo, il laser a rubino, nel 1960, il desiderio umano di controllare la luce si è diffuso in varie industrie, comprese le telecomunicazioni, medicinale, GPS, sensori ottici e computer ottici. Recentemente, un team di ricerca POSTECH ha fatto un passo avanti verso il suo obiettivo di controllare la luce identificando i fenomeni ottici non lineari che si verificano in eterobistrati composti da materiali bidimensionali.

Un fenomeno ottico non lineare si riferisce al verificarsi di luce la cui intensità non viene raddoppiata quando l'intensità dell'input ottico diventa raddoppiata, in cui l'output risultante ha frequenze diverse dall'input originale. Questo fenomeno è facilmente comprensibile se si pensa agli elettroni e ai nuclei come oscillatori collegati a molla. Quando la molla viene mossa a ciclo costante, la luce è generata dall'oscillazione di elettroni e nuclei. Se la forza di trazione della molla è piccola, si forma solo luce con la stessa frequenza della forza esterna applicata, ma quando viene esercitata una forza forte, viene prodotta luce con frequenze multiple. Tra questi, la luce con il doppio della frequenza di ingresso è nota come luce di "generazione di seconda armonica" (SHG). Il fenomeno delle onde armoniche secondarie può verificarsi in sostanze non puntiformi, ed è stato recentemente scoperto che l'efficienza è elevata nei cristalli semiconduttori 2-D come il disolfuro di molibdeno (MoS ₂ ) e disolfuro di tungsteno (WS ₂ ).

Un gruppo di ricerca guidato dal professor Sunmin Ryu e Wontaek Kim nel programma integrato MS/Ph.D nel Dipartimento di Chimica del POSTECH ha notato che l'onda armonica secondaria prodotta da un materiale eterobistrato (MoS ₂ /WS ₂ ) non può essere spiegato dal modello esistente, e ha confermato che è stato causato dall'interferenza SHG con diverse fasi. Il team ha anticipato la differenza di fase in SHG attraverso i risultati della spettroscopia polarizzante di eterostrati che hanno mostrato la luce SHG ellitticamente polarizzata. La differenza di fase misurata direttamente attraverso l'interferometro ad onde armoniche secondarie era quantitativamente coerente con i risultati ottenuti dalla spettroscopia polarizzante, provando la loro ipotesi. Inoltre, I calcoli DFT sono stati in grado di supportare questi risultati.

Finora gli studi SHG sui materiali 2-D sono stati per lo più limitati alla loro intensità, ma questa è la prima volta che è stata misurata la fase SHG ed è stato dimostrato che c'è una differenza nella fase SHG tra i due materiali. La ricerca ha mostrato la possibilità di controllare la fase di un SHG.

"La ricerca convenzionale è stata sbilanciata verso l'identificazione dell'orientamento dei campioni di cristallo 2-D utilizzando l'intensità SHG e controllandola attraverso stimoli esterni, " ha osservato il professor Sunmin Ryu che ha guidato lo studio. Ha aggiunto, "Questo studio non solo ha ampliato la nostra comprensione dei fenomeni ottici non lineari dei materiali 2-D, ma ha anche aperto nuove possibilità per metodi di controllo spettroscopico non lineare." Ha concluso, "Si prevede che i risultati della ricerca contribuiranno notevolmente al controllo dei fenomeni ottici non lineari utilizzando materiali 2-D per produrre nuovi fotoni con il doppio della frequenza della vibrazione e della fase controllata".