Исследователи с физического факультета Варшавского университета совместно с Лодзинским и Варшавским политехническими университетами, а также специалистами Польской академии наук, разработали субволновую решетку из диселенида молибдена (MoSe₂), способную улавливать инфракрасный свет в слое толщиной всего 40 нанометров. Результаты работы были опубликованы в журнале ACS Nano.
Свет, в отличие от электронов, может использоваться для передачи информации в фотонных устройствах, что открывает путь к более быстрым и компактным технологиям. Однако длина волны инфракрасного света, превышающая микрометр, традиционно ограничивает миниатюризацию устройств. Команда польских ученых показала, что свет можно удерживать в структурах, размер которых значительно меньше его собственной длины волны.
Созданная решетка состоит из параллельных полос, расположенных на расстоянии меньше длины волны света, которые взаимодействуют с инфракрасным излучением подобно зеркалу, концентрируя его в сверхтонком объеме. Ключевым элементом успеха стал материал — диселенид молибдена, обладающий высоким показателем преломления. Свет внутри MoSe₂ замедляется примерно в 4,5 раза, что позволяет эффективно удерживать его даже в слое толщиной менее тысячной части миллиметра.
Дополнительным преимуществом материала является его способность к нелинейной оптике. В частности, MoSe₂ демонстрирует генерацию третьей гармоники, превращая инфракрасные фотоны в синий свет. В созданной решетке этот процесс оказался более чем в 1500 раз эффективнее, чем в обычном плоском слое.
Ранее тонкие слои MoSe₂ создавались методом отслаивания, ограниченным очень малыми площадями. В новой работе ученые использовали молекулярно-лучевую эпитаксию, что позволило получить однородные пленки размером в несколько квадратных дюймов при толщине всего 40 нанометров. Такое соотношение толщины к размеру — около одного к миллиону — делает материал пригодным для практических фотонных устройств.
По словам команды, открытие открывает путь к созданию сверхтонких фотонных интегральных схем, способных управлять светом без массивных структур. Ученые считают, что использование MoSe₂ позволит значительно уменьшить размеры фотонных компонентов, повысив их эффективность и скорость.
Исследование было профинансировано Национальным научным центром Польши, Европейским союзом, Фондом польской науки и Варшавским университетом в рамках инициативы IDUB.
Открытие подчеркивает возможности диселенида молибдена для миниатюрной фотоники и перспективы его применения в будущих высокоскоростных и компактных оптических технологиях.
Источник:
