Cientistas do Instituto de Ciência e Tecnologia Daegu Gyeongbuk, Coréia, desenvolveram um novo processo que fornece um processo ultrarrápido de geração de fótons em materiais bidimensionais. Este processo pode potencialmente alimentar o desenvolvimento de dispositivos ópticos avançados no campo da fotônica.

Fotônica, ou a ciência de manipular a luz, tem várias aplicações em eletrônica moderna, como em tecnologia da informação, semicondutores, e dispositivos baseados na saúde. Assim, pesquisadores em todo o mundo têm se concentrado em encontrar novas abordagens para estimular avanços no campo da fotônica. Mas, o desafio está em otimizar o processo de "geração de fótons" conforme desejado, que é crucial para todas as aplicações baseadas em fotônica.

Em um estudo recente publicado em Nano Letras , uma equipe de pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia Daegu Gyeongbuk (DGIST), liderado pelo professor J.D. Lee, desenvolveu um novo mecanismo para maximizar a eficiência da conversão de fótons em materiais 2-D. Os cientistas conseguiram isso explorando um método chamado "geração de segundo harmônico não linear" (SHG), um processo óptico em que dois fótons com a mesma frequência interagem com um material não linear e geram um novo fóton com o dobro da energia, resultando assim na duplicação da frequência. "A geração eficiente de fótons é uma parte crucial do desenvolvimento de dispositivos fotônicos. Em nosso estudo, desenvolvemos um processo ultrarrápido de conversão de fótons em um material de camada atomística para inovar as aplicações baseadas em fotônica. "

Em seu estudo, os cientistas se concentraram em um material 2-D chamado disseleneto de tungstênio (WSe2), devido às suas características de banda intrigantes. Por exemplo, este material consiste em vários "pontos ressonantes" que respondem com sensibilidade à absorção de partículas de luz chamadas "fótons". Prof Lee diz, "Nós nos concentramos neste recurso do WSe2 e revelamos um novo processo para converter a" cor "em fótons por meio do modo ressonante dual maximizado."

Com base em SHG, os pesquisadores propuseram um novo método chamado "geração de frequência de soma ótica de ressonância dupla" (SFG), em que eles selecionaram dois pontos ressonantes no WSe2 chamados excitons A e D, respectivamente. Usando este método, os pesquisadores descobriram que quando WSe2 é irradiado usando dois pulsos de excitação (ω1 e ω2), com um dos dois pulsos (ω1) sendo sintonizado para um exciton e sua frequência de soma (ω1 + ω2) para o exciton D, o sinal é 20 vezes maior do que o modo de ressonância única! Não só isso, a intensidade produzida por este método foi considerada uma ordem de magnitude maior do que SHG nas mesmas condições. Essas descobertas foram então confirmadas usando várias técnicas, incluindo teoria funcional de densidade e experimentos ópticos. Prof Lee afirma, "Nosso método SFG de ressonância dupla proposto fornece novos insights científicos não apenas em métodos espectroscópicos e microscópicos não lineares, mas também em óptica não linear e tecnologia usando semicondutores bidimensionais."

Essas descobertas mostram um enorme potencial para o desenvolvimento de dispositivos fotônicos avançados. Prof Lee conclui, "Nosso estudo pode levar as aplicações baseadas em fotônica para o próximo nível - por exemplo, métodos de diagnóstico mais baratos por meio de melhores instrumentos de imagem óptica em um futuro próximo. "