Ученые из Варшавского университета с коллегами из Лодзинского технологического университета и Польской академии наук разработали уникальную наноструктуру, способную эффективно работать с инфракрасным излучением — при этом толщина слоя материала составляет всего 40 нанометров, то есть более чем в тысячу раз тоньше человеческого волоса.
В основе решения субволновая дифракционная решетка из диселенида молибдена. Этот материал обладает важным преимуществом перед аналогами: у него очень высокий показатель преломления. Если в стекле свет замедляется примерно в полтора раза, а в кремнии — в 3,5 раза, то в диселениде молибдена — примерно в 4,5 раза. Благодаря этому удается удерживать свет в структуре, размер которой значительно меньше длины его волны.
Еще одно ценное свойство этого материала — нелинейные оптические характеристики. В частности, он способен к генерации третьей гармоники: три инфракрасных фотона объединяются в один фотон с более высокой частотой. В результате инфракрасный свет преобразуется в видимый синий. Причем в новой решетчатой структуре этот эффект оказывается более чем в 1500 раз сильнее, чем при использовании плоского слоя того же материала.
Ключевой технологический прорыв коснулся и способа производства. Раньше тонкие слои диселенида молибдена получали методом эксфолиации — по сути, отслаивали слои кристалла с помощью клейкой ленты. Способ был прост, но непоследователен и позволял работать лишь с крошечными участками (около 10 квадратных микрометров). Теперь ученые применили молекулярно-лучевую эпитаксию (МЛЭ) — метод выращивания полупроводниковых слоев. Благодаря ему удалось создать большие однородные пленки материала, площадью в несколько квадратных дюймов при толщине всего 40 нанометров.
Результаты открывают новые перспективы для фотоники — науки, использующей свет вместо электронов для передачи информации. Тонкие слои материала могут заменить громоздкие структуры в фотонных интегральных схемах и других устройствах.
По оценке исследователей, полученные результаты способны кардинально изменить подходы к управлению светом в перспективных технологиях. Они подчеркивают: теперь для эффективной работы с излучением не требуются массивные конструкции. Их успешно заменяют сверхтонкие слои, порой даже превосходящие традиционные решения по эффективности. Масштабируемость нового материала делает его особенно перспективным для внедрения в реальные устройства, включая фотонные интегральные схемы.
Ранее Наука Mail рассказывала, что в России изобрели нанотермометр для работающих чипов.
