Un grupo de investigadores de la Universidad de Tohoku, el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), la Universidad Rice, la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hanoi, la Universidad de Zhejiang y el Laboratorio Nacional Oak Ridge han propuesto un nuevo mecanismo para mejorar la luz de longitud de onda corta (100-300 nm). ) por generación de segundo armónico (SHG) en un material delgado bidimensional (2D) compuesto enteramente de elementos comunes.
Dado que la luz ultravioleta con SHG desempeña un papel importante en equipos de litografía de semiconductores y aplicaciones médicas que no utilizan materiales fluorescentes, este descubrimiento tiene implicaciones importantes para las industrias existentes y todas las aplicaciones ópticas.
Los detalles de la investigación fueron publicados en la revista ACS Nano. el 29 de agosto de 2023. El estudio fue seleccionado para aparecer en la portada.
Los dichoslcogenuros de metales de transición (TMD) de Janus son una clase específica de materiales 2D, generalmente compuestos de un metal de transición (como molibdeno o tungsteno) intercalado entre dos elementos calcógenos (como azufre, selenio o telurio). Los TMD de Janus, que llevan el nombre del dios romano Janus, que tenía dos caras mirando en direcciones opuestas, no tienen simetría de inversión entre dos superficies de material delgado. Esta asimetría incorporada hace que los materiales Janus-TMD sean adecuados para SHG, particularmente cuando los dos TMD están heteroapilados.
SHG es un proceso óptico no lineal en el que dos fotones con la misma frecuencia (ω) interactúan de forma no lineal con el material y, como resultado, se genera un solo fotón con el doble de frecuencia (2ω) (o media longitud de onda). Básicamente, es un fenómeno en el que la luz entrante se convierte en luz con el doble de frecuencia o la mitad de la longitud de onda.
SHG es importante en diversas aplicaciones, incluida la tecnología láser, la microscopía, la ciencia médica y la física del estado sólido. SHG se utiliza para generar luz con longitudes de onda más cortas, lo que puede resultar valioso en campos como equipos de litografía de semiconductores y aplicaciones médicas, como técnicas de imágenes que no utilizan materiales fluorescentes.
"Nuestro equipo de investigadores optimizó las condiciones de SHG en heterobicapas de los materiales 2D Janus TMD", señala Nguyen Tuan Hung, profesor asistente en el Instituto Frontier de Ciencias Interdisciplinarias (FRIS) de la Universidad de Tohoku. "Específicamente, encontramos que el apilamiento AA, en el que los átomos de la capa superior se superponen directamente a los átomos de la capa inferior, y el apilamiento AB, en el que los átomos de la capa superior no se superponen directamente a los átomos de la capa inferior, dieron como resultado una mejora triple del primero en la respuesta óptica no lineal del SHG." Esta predicción teórica coincidió con el hecho de que la intensidad máxima de SHG es cuatro veces mayor para el apilamiento AA que para el apilamiento AB en el experimento.
"Por lo tanto, hemos sugerido que la intensidad de los SHG también es una forma útil de determinar cómo se apilan las capas de materiales 2D", dijo Nguyen. Además, los investigadores sugieren que agregar tensión lateral (hasta un 20%) a estos materiales puede aumentar aún más la intensidad de la luz de manera significativa".
"Nuestra investigación introduce una nueva categoría de materiales que producen SHG y podemos fabricarlos de forma flexible utilizando materiales 2D", añade Nguyen.
Más información: Nguyen Tuan Hung et al, Respuestas ópticas no lineales de heterobicapas Janus MoSSe/MoS2 optimizadas mediante orden de apilamiento y tensión, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c04436
Información de la revista: ACS Nano
Proporcionado por la Universidad de Tohoku
