Генерация второй гармоники двумерных гетеробислоев Janus MoSSe/MoS2 оптимизирована за счет порядка укладки и деформации.
Фото: Нгуен Туан Хунг и др.

Поскольку УФ- свет с ГВГ играет важную роль в оборудовании для полупроводниковой литографии и в медицинских приложениях, в которых не используются флуоресцентные материалы, это открытие имеет важные последствия для существующих отраслей промышленности и всех оптических приложений.

Подробности исследования были опубликованы в журнале ACS Nano 29 августа 2023 года. Исследование было выбрано для публикации на обложке.

Дихалькогениды переходных металлов Януса (TMD) представляют собой особый класс 2D-материалов, обычно состоящий из переходного металла (например, молибдена или вольфрама), заключенного между двумя халькогенными элементами (такими как сера, селен или теллур). Названные в честь римского бога Януса, два лица которого смотрели в противоположные стороны, ДВП Януса не обладают инверсионной симметрией между двумя поверхностями из тонкого материала. Эта встроенная асимметрия делает материалы Janus-TMD подходящими для SHG, особенно когда два TMD гетерогенно сложены.

ГВГ — это нелинейный оптический процесс, в котором два фотона с одинаковой частотой (ω) нелинейно взаимодействуют с материалом, в результате чего генерируется один фотон с удвоенной частотой (2ω) (или половиной длины волны). По сути, это явление, при котором падающий свет преобразуется в свет с удвоенной частотой или половиной длины волны.

ГВГ важен в различных приложениях, включая лазерные технологии, микроскопию, медицину и физику твердого тела. ГВГ используется для генерации света с более короткими длинами волн, что может быть полезно в таких областях, как оборудование для полупроводниковой литографии и медицинские приложения, например, методы визуализации, в которых не используются флуоресцентные материалы.

«Наша команда исследователей оптимизировала условия ГВГ в гетеробислоях 2D-материалов Janus TMD», — отмечает Нгуен Туан Хунг, доцент Пограничного института междисциплинарных наук (FRIS) Университета Тохоку. «В частности, мы обнаружили, что укладка AA, при которой атомы в верхнем слое непосредственно перекрывают атомы в нижнем слое, и укладка AB, при которой атомы в верхнем слое не перекрывают напрямую атомы в нижнем слое, привели к трехкратному увеличению первого в нелинейном оптическом отклике ГВГ». Это теоретическое предсказание согласуется с тем фактом, что пиковая интенсивность ГВГ в эксперименте в четыре раза больше для упаковки AA, чем для упаковки AB.

«Таким образом, мы предположили, что интенсивность ГВГ также является полезным способом определения того, как уложены слои 2D-материалов», — сказал Нгуен. Кроме того, исследователи предполагают, что добавление к этим материалам боковой деформации (до 20%) может еще больше увеличить интенсивность света».

«Наше исследование открывает новую категорию материалов, которые производят ГВГ, и мы можем гибко создавать их, используя 2D-материалы», — добавляет Нгуен.