Охлаждение 2D-материалов усилило нелинейно-оптические эффекты

Российские физики совместно с зарубежными коллегами выяснили, что при охлаждении двумерных материалов, помещенных на диэлектрические метаповерхности, до 10К можно в 100 раз усилить нелинейно-оптические эффекты. Результаты исследования опубликованы в журнале Nanophotonics, сообщает пресс-служба МГУ имени М. В. Ломоносова.Нелинейно-оптические эффекты играют важную роль в области оптических коммуникаций для модуляции передаваемой информации, увеличения пропускной способности волоконной линии связи и дальности передачи. Они лежат в основе работы лазерных установок для генерации новых частот света. Однако эти эффекты относительно слабы, и для достижения больших величин необходимо брать макроскопические среды. Это существенно ограничивает дальнейшее развитие технологий и препятствует созданию миниатюрных устройств. «Нелинейная нанофотоника предоставляет много возможностей для создания миниатюрных наноустройств повышенной эффективности, которые нам еще предстоит реализовать», — рассказал доцент кафедры нанофотоники физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова Александр Мусорин.Ученые предложили взять атомарно-тонкий слой материала с квадратичной нелинейной восприимчивостью, расположить его на метаповерхности и поместить в криогенную камеру для охлаждения до гелиевых температур. Метаповерхность — упорядоченная структура диэлектрических нанодисков, поддерживающих возбуждение высокодобротных оптических резонансов. Охлаждение уменьшает неупорядоченное тепловое движение электронов и повышает нелинейно-оптические свойства двумерного материала — монослоя дихалькогенидна переходного металла MoSe2. Физики показали, что, изменяя угол падения излучения, можно добиться совпадения частоты резонанса метаповерхности с резонансом нелинейно-оптического материала. С помощью метода нелинейно-оптической микроспектроскопии ученые измерили сигнал удвоенной оптической частоты в зависимости от частоты излучения возбуждающего фемтосекундного лазерного импульса. Физики наблюдали 20-кратное усиление интенсивности второй оптической гармоники при комнатной температуре. Если исследуемую систему охладить до 10К, то в сравнении с монослоем без наноструктуры усиление достигает 100 раз.«Проведенный эксперимент можно смело отнести к научным работам мирового уровня. Данные, полученные в ходе этой научной работы, могут быть использованы при создании источников излучения на фотонном чипе», — рассказал заведующий кафедрой нанофотоники физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова Андрей Федянин.