Lys-interagerende nanostrukturer producerer en bemærkelsesværdig frekvensfordoblingseffekt

Ved at kombinere to meget forskellige lys-interagerende nanostrukturer, A*STAR -forskere har demonstreret en overraskende stærk forbedring af en frekvensdoble -effekt.

Den funktionelle manipulation og transformation af lys i optiske kredsløb er et spændende forskningsområde, der kombinerer lysets og materiens fysik på usædvanlige måder. På forkant med denne teknologi, forskere undersøger nye strukturelle kombinationer af materialer, der kan give anledning til potentielt nyttige funktioner, især i nanoskala systemer.

Joel Kwang Wei Yang, Zhaogang Dong og deres kolleger ved A*STAR's Institute of Materials Research and Engineering har arbejdet med yderst præcise teknikker til mønstring af tynde guldfilm med nanoskala -rillestruktur for at forbedre lysinteraktion og producere lysresonanseffekter kendt som plasmonik.

"Vi har set fra vores tidligere undersøgelser, at 10 nanometer brede riller i en guldfilm kan understøtte plasmontilstande ved at koncentrere lys langs rillerne, "forklarer Yang." Vi fandt derefter ud af, at drapering af et todimensionalt materiale på dette særlige substrat kan skabe et interessant system på grund af indeslutning af lys i kvasi endimensionelle strimler. "

I samarbejde med forskere fra National University of Singapore, Imperial College London og King Abdullah University of Science and Technology i Saudi -Arabien, Yang og Dong fremstillet, analyseret og modelleret et system bestående af den nano-rillede guldfilm toppet med en atomisk tynd flage wolframselenid (WSe2). Resultatet blev en bemærkelsesværdig 7, 000 gange multiplikation af en effekt kaldet anden harmonisk generation (SHG), hvorved to fotoner kombineres for at producere en enkelt foton med dobbelt energi (eller frekvens).

"Dette arbejde var virkelig et vidunder af nanofabrikation og delikat prøvehåndtering, "siger Yang." Vi havde fremragende samarbejdspartnere, der leverede smukke WSe2 -flager, og en talentfuld ph.d. studerende, der siden er uddannet, Wang Zhuo, arbejdet med state-of-the-art overførselsteknikker for at få disse flager videre til vores nanotrenches i den rigtige retning. "

Især prøven overlevede både overførslen til et separat transparent substrat og mange bøjningscykler uden forringelse i SHG -emission, gør det til en potentielt modstandsdygtig og alsidig platform for videre udvikling.

"Guldfilm er fleksible og bevarer deres form godt, og nanoskala -rillerne producerer stærke optiske forbedringer, mens monolag WSe2 er et effektivt SHG -materiale, men kun interagerer svagt med lys på grund af dets atomtykkelse, "siger Dong." Vi var i stand til at kombinere fordelene ved begge materialer for at opnå en fleksibel, ultrakompakt, og effektiv enhed til SHG, med potentielle applikationer til optisk frekvensfordobling i nanoskalaenheder. "