Ученые обнаружили, что свет может менять симметрию кристаллов для технологий будущего
Ученые из Университета Райса обнаружили, что лучи света способны физически смещать атомы в ультратонких полупроводниках, известных как дихалькогенидов переходных металлов Януса. Это явление, называемое оптострикцией, открывает новый способ управления материалами для разработки оптических и квантовых технологий следующего поколения. Исследование проливает свет на взаимодействие света и материи на атомном уровне.
Когда лазерный луч попадает на эти материалы Януса, он не просто проходит сквозь них, а оказывает механическое давление на атомы внутри кристалла, изменяя его симметрию и оптические свойства. Это может помочь в создании более быстрых и холодных компьютерных чипов, которые используют свет вместо электричества.
Материалы Януса, названные в честь двуликого римского бога переходов, представляют собой особый подтип. Их верхний и нижний атомные слои состоят из разных химических элементов, что создает внутренний дисбаланс и встроенную полярность кристалла. Эта асимметрия делает их особенно чувствительными к свету, электрическим полям и механическим деформациям.
Используя лазерный свет разного цвета, команда изучала, как двухслойный материал Януса — молибден серы селенид, нанесенный на дисульфид молибдена, — реагирует на облучение в процессе под названием генерация второй гармоники (ГВГ), при которой материал излучает свет с удвоенной частотой падающего луча. Они обнаружили, что когда падающий свет совпадал с резонансными частотами материала, картина ГВГ искажалась — признак того, что атомы смещались. В нормальных условиях картина ГВГ напоминает шестилепестковый цветок, отражая симметрию кристалла. Но когда свет воздействовал на атомы, эта симметрия нарушалась — лепестки узора сжимались неравномерно.
Команда связала это искажение с оптострикцией, когда электромагнитное поле света оказывает небольшое, но измеримое механическое усилие на атомы. Благодаря неравномерному составу материалов Януса это давление усиливается за счет сильной межслойной связи, что делает их идеальными для изучения и использования светоиндуцированного атомного движения. Такая чувствительность может помочь в создании оптических чипов, которые маршрутизируют и обрабатывают свет вместо электричества, что значительно повышает энергоэффективность. Активный контроль такого рода может помочь в проектировании фотонных чипов следующего поколения, сверхчувствительных детекторов или квантовых источников света.
Показав, что свет может буквально сдвигать атомы в двумерных полупроводниках, это исследование открывает путь к созданию настраиваемых, чувствительных к свету материалов, которые способны изменить будущее вычислений и сенсорики.
Исследование опубликовано в журнале .