Desde a invenção do primeiro laser do mundo - o laser de rubi - em 1960, o desejo humano de controlar a luz se espalhou por várias indústrias, incluindo telecomunicações, Medicina, GPS, sensores ópticos e computadores ópticos. Recentemente, uma equipe de pesquisa da POSTECH deu um passo mais perto de seu objetivo de controlar a luz, identificando fenômenos ópticos não lineares que ocorrem em heterobamadas compostas de materiais bidimensionais.

Um fenômeno óptico não linear refere-se à ocorrência de luz cuja intensidade não é duplicada quando a intensidade de entrada óptica torna-se duplicada, em que a saída resultante tem frequências diferentes da entrada original. Este fenômeno é facilmente compreendido se você pensar nos elétrons e núcleos como osciladores conectados a molas. Quando a mola é movida em um ciclo constante, a luz é gerada pela oscilação de elétrons e núcleos. Se a força de tração da mola for pequena, apenas luz com a mesma frequência que a força externa aplicada é formada, mas quando uma grande força é exercida, luz com frequências múltiplas é produzida. Entre estes, luz com o dobro da frequência de entrada é conhecida como luz de 'geração de segundo harmônico' (SHG). O fenômeno de onda harmônica secundária pode ocorrer em substâncias que não são pontuais simétricas, e foi descoberto recentemente que a eficiência é alta em cristais semicondutores 2-D, como dissulfeto de molibdênio (MoS ₂ ) e dissulfeto de tungstênio (WS ₂ )

Uma equipe de pesquisa liderada pelo Professor Sunmin Ryu e Wontaek Kim no programa integrado de MS / Ph.D no Departamento de Química da POSTECH observou que a onda harmônica secundária produzida por um material de camada hetero (MoS ₂ / WS ₂ ) não pode ser explicado pelo modelo existente, e confirmou que foi causado pela interferência do SHG em diferentes fases. A equipe antecipou a diferença de fase em SHG através dos resultados da espectroscopia de polarização de heterocamadas que mostraram a luz SHG elipticamente polarizada. A diferença de fase medida diretamente através do interferômetro de onda harmônica secundária foi quantitativamente consistente com os resultados obtidos da espectroscopia de polarização, provando sua hipótese. Além disso, Os cálculos DFT foram capazes de apoiar esses resultados.

Até agora, os estudos de SHG de materiais 2-D foram limitados principalmente à sua intensidade, mas esta é a primeira vez que a fase SHG foi medida e foi mostrado que há uma diferença na fase SHG entre os dois materiais. A pesquisa mostrou a possibilidade de controlar uma fase de SHG.

"A pesquisa convencional tendeu a identificar a orientação de amostras de cristal 2-D usando a intensidade de SHG e controlando-a por meio de estímulos externos, "comentou o professor Sunmin Ryu, que conduziu o estudo. Ele acrescentou, "Este estudo não apenas ampliou nossa compreensão dos fenômenos ópticos não lineares de materiais 2-D, mas também abriu novas possibilidades para métodos de controle espectroscópico não linear. "Ele concluiu, "Espera-se que os resultados da pesquisa contribuam muito para o controle de fenômenos ópticos não lineares usando materiais 2-D para produzir novos fótons com o dobro da frequência de vibração e fase controlada."