Al combinar dos nanoestructuras que interactúan con la luz muy diferentes, Los investigadores de A * STAR han demostrado una mejora sorprendentemente fuerte de un efecto de duplicación de frecuencia.

La manipulación funcional y la transformación de la luz en circuitos ópticos es un área de investigación apasionante que combina la física de la luz y la materia de formas inusuales. A la vanguardia de esta tecnología, los investigadores están explorando nuevas combinaciones estructurales de materiales que podrían dar lugar a funciones potencialmente útiles, particularmente en sistemas a nanoescala.

Joel Kwang Wei Yang, Zhaogang Dong y sus colegas del Instituto de Investigación e Ingeniería de Materiales de A * STAR han estado trabajando en técnicas altamente precisas para modelar películas delgadas de oro con estructuras de ranuras a nanoescala para mejorar la interacción de la luz y producir efectos de resonancia de luz conocidos como plasmónicos.

"Hemos visto en nuestros estudios anteriores que las ranuras de 10 nanómetros de ancho en una película de oro pueden admitir modos de plasmón al concentrar la luz a lo largo de las ranuras, ", explica Yang." Entonces pensamos que colocar un material bidimensional sobre este sustrato especial podría constituir un sistema interesante debido al confinamiento de la luz en tiras cuasi unidimensionales ".

En colaboración con investigadores de la Universidad Nacional de Singapur, Imperial College London y la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah en Arabia Saudita, Yang y Dong fabricaron, analizó y modeló un sistema que consiste en la película de oro nano-ranurada cubierta con una escama atómicamente delgada de seleniuro de tungsteno (WSe2). El resultado fue un notable 7, Multiplicación de 000 veces un efecto llamado segunda generación armónica (SHG), por el cual dos fotones se combinan para producir un solo fotón con el doble de energía (o frecuencia).

"Este trabajo fue realmente una maravilla de nanofabricación y manipulación delicada de muestras, ", dice Yang." Tuvimos excelentes colaboradores que proporcionaron hermosos copos de WSe2, y un talentoso Ph.D. estudiante que se ha graduado desde entonces, Wang Zhuo, trabajó en técnicas de transferencia de vanguardia para colocar estas escamas en nuestras nanotrencas en la orientación correcta ".

Notablemente, la muestra sobrevivió tanto a la transferencia a un sustrato transparente separado como a muchos ciclos de flexión sin degradación en la emisión de SHG, convirtiéndola en una plataforma potencialmente resistente y versátil para un mayor desarrollo.

"Las películas de oro son flexibles y conservan bien su forma, y las ranuras a nanoescala producen fuertes mejoras ópticas, mientras que la monocapa WSe2 es un material SHG eficiente pero interactúa solo débilmente con la luz debido a su espesor atómico, ", dice Dong." Pudimos combinar las ventajas de ambos materiales para lograr una ultra compacto, y dispositivo eficiente para SHG, con aplicaciones potenciales para duplicar la frecuencia óptica en dispositivos a nanoescala ".