Forskerhold identificerer anden-harmonikgenerationsinterferens i 2-D heterobilag

Siden opfindelsen af ​​verdens første laser - rubinlaseren - i 1960, det menneskelige ønske om at kontrollere lys har spredt sig til forskellige industrier, herunder telekommunikation, medicin, GPS, optiske sensorer og optiske computere. For nylig, et POSTECH-forskerhold har taget et skridt tættere på sit mål om at kontrollere lys ved at identificere ikke-lineære optiske fænomener, der forekommer i heterobillag sammensat af todimensionelle materialer.

Et ikke-lineært optisk fænomen refererer til forekomsten af ​​lys, hvis intensitet ikke fordobles, når den optiske inputintensitet fordobles, hvor det resulterende output har forskellige frekvenser end det originale input. Dette fænomen er let at forstå, hvis man tænker på elektroner og kerner som fjederforbundne oscillatorer. Når fjederen bevæges i en konstant cyklus, lys genereres af oscillation af elektroner og kerner. Hvis fjedertrækkraften er lille, kun lys med samme frekvens som den påførte ydre kraft dannes, men når en stærk kraft udøves, der produceres lys med flere frekvenser. Imellem disse, lys med dobbelt indgangsfrekvens er kendt som 'second-harmonic generation' (SHG) lys. Det sekundære harmoniske bølgefænomen kan forekomme i stoffer, der ikke er punktsymmetriske, og det er for nylig blevet opdaget, at effektiviteten er høj i 2-D halvlederkrystaller såsom molybdændisulfid (MoS ₂ ) og wolframdisulfid (WS ₂ ).

Et forskerhold ledet af professor Sunmin Ryu og Wontaek Kim i det integrerede MS/Ph.D-program i Institut for Kemi ved POSTECH bemærkede, at den sekundære harmoniske bølge produceret af et heterobil-lagsmateriale (MoS) ₂ /WS ₂ ) kunne ikke forklares med den eksisterende model, og bekræftede, at det var forårsaget af SHG-interferensen med forskellige faser. Holdet forudså faseforskellen i SHG gennem resultaterne af polariserende spektroskopi af heterolag, der viste det elliptisk polariserede SHG-lys. Faseforskellen målt direkte gennem det sekundære harmoniske bølgeinterferometer var kvantitativt i overensstemmelse med resultaterne opnået fra polariserende spektroskopi, bevise deres hypotese. Ud over, DFT-beregninger kunne understøtte disse resultater.

Hidtil har SHG-undersøgelser af 2-D materialer for det meste været begrænset til deres intensitet, men det er første gang, at SHG-fasen blev målt, og det blev vist, at der er en forskel i SHG-fasen mellem de to materialer. Forskningen viste muligheden for at kontrollere en SHG's fase.

"Den konventionelle forskning var forudindtaget mod at identificere orienteringen af ​​2-D krystalprøver ved hjælp af SHG-intensitet og kontrollere den gennem eksterne stimuli, " bemærkede professor Sunmin Ryu, der ledede undersøgelsen. Han tilføjede, "Denne undersøgelse udvidede ikke kun vores forståelse af ikke-lineære optiske fænomener i 2-D materialer, men åbnede også nye muligheder for ikke-lineære spektroskopiske kontrolmetoder." Han konkluderede, "Forskningsresultaterne forventes i høj grad at bidrage til kontrollen af ​​ikke-lineære optiske fænomener ved at bruge 2-D materialer til at producere nye fotoner med dobbelt så hyppig vibration og kontrolleret fase."