Um grupo de pesquisadores da Universidade Tohoku, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), da Universidade Rice, da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hanói, da Universidade de Zhejiang e do Laboratório Nacional de Oak Ridge propuseram um novo mecanismo para melhorar a luz de comprimento de onda curto (100–300 nm ) por geração de segundo harmônico (SHG) em um material bidimensional (2D) fino composto inteiramente de elementos comuns.



Como a luz UV com SHG desempenha um papel importante em equipamentos de litografia semicondutora e em aplicações médicas que não utilizam materiais fluorescentes, esta descoberta tem implicações importantes para as indústrias existentes e todas as aplicações ópticas.

Detalhes da pesquisa foram publicados na revista ACS Nano em 29 de agosto de 2023. O estudo foi selecionado para ser capa.

Os dichalcogenetos de metais de transição Janus (TMDs) são uma classe específica de materiais 2D, normalmente compostos de um metal de transição (como molibdênio ou tungstênio) imprensado entre dois elementos de calcogênio (como enxofre, selênio ou telúrio). Nomeados em homenagem ao deus romano Janus, que tinha duas faces voltadas em direções opostas, os Janus TMDs não possuem simetria de inversão entre duas superfícies de material fino. Esta assimetria incorporada torna os materiais Janus-TMD adequados para SHG, particularmente quando os dois TMDs são hetero-empilhados.

SHG é um processo óptico não linear no qual dois fótons com a mesma frequência (ω) interagem de forma não linear com o material e, como resultado, um único fóton com o dobro da frequência (2ω) (ou meio comprimento de onda) é gerado. Basicamente, é um fenômeno onde a luz que entra é convertida em luz com o dobro da frequência ou meio comprimento de onda.

SHG é importante em diversas aplicações, incluindo tecnologia laser, microscopia, ciência médica e física do estado sólido. O SHG é usado para gerar luz com comprimentos de onda mais curtos, o que pode ser valioso em áreas como equipamentos de litografia semicondutora e aplicações médicas, como técnicas de imagem que não utilizam materiais fluorescentes.

“Nossa equipe de pesquisadores otimizou as condições de SHG em heterobicadas dos materiais 2D Janus TMD”, aponta Nguyen Tuan Hung, professor assistente do Frontier Institute for Interdisciplinary Science (FRIS), da Universidade de Tohoku. "Especificamente, descobrimos que o empilhamento AA, no qual os átomos da camada superior se sobrepõem diretamente aos átomos da camada inferior, e o empilhamento AB, no qual os átomos da camada superior não se sobrepõem diretamente aos átomos da camada inferior, resultaram em um aumento triplo. do primeiro na resposta óptica não linear do SHG." Esta previsão teórica concordou com o fato de que a intensidade do pico SHG é quatro vezes maior para o empilhamento AA do que para o empilhamento AB no experimento.

“Assim, sugerimos que a intensidade SHG também é uma forma útil de determinar como as camadas de materiais 2D são empilhadas”, disse Nguyen. Além disso, os pesquisadores sugerem que adicionar tensão lateral (até 20%) a esses materiais pode aumentar significativamente ainda mais a intensidade da luz”.

“Nossa pesquisa introduz uma nova categoria de materiais que produzem SHG, e podemos fabricá-los de forma flexível usando materiais 2D”, acrescenta Nguyen.

Mais informações: Nguyen Tuan Hung et al, Nonlinear Optical Responses of Janus MoSSe/MoS2 Heterobilayers Optimized by Stacking Order and Strain, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c04436
Informações do diário: ACS Nano

Fornecido pela Universidade Tohoku