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韩科学家研究出新机制,大大提升2D材料中光子转换效率

光子学,即操纵光的科学,在现代电子学中有各种各样的应用,如信息技术、半导体和医疗设备等。因此,全球的研究人员都专注于寻找新的方法来促进光子学领域的发展。但是,挑战在于按预期优化“光子生成”过程,这对所有基于光子的应用都是至关重要的。

在最近发表在《纳米快报》(Nano Letters)上的一项研究中,韩国大邱庆北科学技术研究所(DGIST)的一组研究人员开发了一种新的机制,以最大限度地提高2D材料中光子转换的效率。

科学家们通过探索一种名为“非线性二次谐波产生”(SHG)的方法实现了这一目标。在这种光学过程中,两个频率相同的光子与非线性材料相互作用,产生能量翻倍的新光子,从而导致频率加倍。

领导该团队的李教授表示:“光子的有效生成是开发光子器件的关键。在我们的研究中,我们开发了一个原子层材料中光子转换的超快过程,以创新基于光子的应用。”

在他们的研究中,科学家们将重点放在一种名为二氯化钨(WSe2)的2D材料上,这种材料具有独特的波段特性,由各种“共振点”组成,对“光子”的吸收反应灵敏。

李教授说:“我们重点研究了二烯钨这一特性,并揭示了通过最大化双共振模式转换光子‘颜色’的新过程。”在二次谐波产生的基础上,研究人员提出了一种名为“双共振光学频率产生”(SFG)的新方法,在该方法中,他们分别选择了WSe2中的两个共振点,称为A和D激子。

使用这种方法,研究人员发现,当用两个激发脉冲(ω1和ω2)照射WSE 2时,把其中一个脉冲(ω1)调谐到A激子,和频率(ω1+ω2)调谐到D激子时,信号比单谐振模高20倍。

不仅如此,在相同条件下,该方法产生的强度比二次谐波产生的强度高1个数量级。

李教授说:“我们提出的双共振频率产生方法不仅为非线性光谱和微观方法,而且为非线性光学和使用二维半导体的技术提供了新的科学见解。我们的研究有可能为基于光子的应用提升到一个新的水平,通过更好的光学成像设备,降低医学诊断费用。”

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