Científicos del Instituto de Ciencia y Tecnología de Daegu Gyeongbuk, Corea, han desarrollado un nuevo proceso que proporciona un proceso ultrarrápido de generación de fotones en materiales bidimensionales. Este proceso puede impulsar potencialmente el desarrollo de dispositivos ópticos avanzados en el campo de la fotónica.

Fotónica, o la ciencia de manipular la luz, tiene varias aplicaciones en la electrónica moderna, como en tecnología de la información, semiconductores, y dispositivos basados ​​en la salud. Por lo tanto, Los investigadores de todo el mundo se han centrado en encontrar enfoques novedosos para impulsar los avances en el campo de la fotónica. Pero, el desafío radica en optimizar el proceso de "generación de fotones" como se desee, que es crucial para todas las aplicaciones basadas en fotónica.

En un estudio reciente publicado en Nano letras , un equipo de investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Daegu Gyeongbuk (DGIST), dirigido por el profesor J.D. Lee, desarrolló un mecanismo novedoso para maximizar la eficiencia de la conversión de fotones en materiales 2-D. Los científicos lograron esto mediante la exploración de un método llamado "generación de segundo armónico no lineal" (SHG), un proceso óptico en el que dos fotones con la misma frecuencia interactúan con un material no lineal y generan un nuevo fotón con el doble de energía, lo que resulta en una duplicación de la frecuencia. "La generación eficiente de fotones es una parte crucial del desarrollo de dispositivos fotónicos. En nuestro estudio, desarrollamos un proceso ultrarrápido de conversión de fotones en un material de capa atomística para innovar aplicaciones basadas en fotónica ".

En su estudio, los científicos se centraron en un material bidimensional llamado diselenuro de tungsteno (WSe2), debido a sus intrigantes características de banda. Por ejemplo, este material consta de varios "puntos resonantes" que responden sensiblemente a la absorción de partículas de luz llamadas "fotones". El profesor Lee dice:"Nos centramos en esta función de WSe2 y revelamos un nuevo proceso para convertir el" color "en fotones a través del modo de resonancia dual maximizado".

Basado en SHG, los investigadores propusieron un método novedoso llamado "generación de frecuencia de suma óptica de resonancia dual" (SFG), en el que seleccionaron dos puntos resonantes en WSe2 llamados excitones A y D, respectivamente. Usando este método, los investigadores encontraron que cuando WSe2 se irradia usando dos pulsos de excitación (ω1 y ω2), con uno de los dos pulsos (ω1) sintonizado al excitón A y su frecuencia de suma (ω1 + ω2) al excitón D, ¡la señal es 20 veces más alta que en el modo de resonancia simple! No solo esto se encontró que la intensidad producida por este método era un orden de magnitud más alta que la del SHG en las mismas condiciones. Estos hallazgos luego se confirmaron utilizando varias técnicas, incluyendo la teoría funcional de la densidad y los experimentos ópticos. El profesor Lee afirma:"Nuestro método SFG de doble resonancia propuesto proporciona nuevos conocimientos científicos no solo sobre métodos espectroscópicos y microscópicos no lineales, sino también sobre tecnología y óptica no lineal que utilizan semiconductores bidimensionales".

Estos hallazgos muestran un enorme potencial para el desarrollo de dispositivos fotónicos avanzados. El profesor Lee concluye:"Nuestro estudio puede llevar las aplicaciones basadas en fotónica al siguiente nivel, por ejemplo, métodos de diagnóstico más baratos a través de mejores instrumentos de imágenes ópticas en un futuro próximo ".