Une stratégie pour moduler directement la susceptibilité optique de second ordre du ditellurure de molybdène monocouche

Une stratégie pour moduler directement la susceptibilité optique de second ordre du ditellurure de molybdène monocouche

Figure résumant le fonctionnement d’un modulateur SHG. Crédit : Wang et al.

L’optique non linéaire est un domaine de recherche qui explore comment la lumière intense interagit avec la matière. Typiquement, la réponse optique des matériaux est linéairement associée à l’amplitude du champ électrique qui leur est appliqué. À des amplitudes particulièrement élevées, cependant, les propriétés optiques des matériaux peuvent changer plus rapidement, entraînant des réponses optiques non linéaires.

Les propriétés optiques non linéaires sont cruciales pour permettre de nombreuses interactions lumière-matière connues, telles que la génération d’harmoniques, l’auto-focalisation et la down-conversion paramétrique spontanée. Cependant, pour développer de nouvelles technologies photoniques, telles que des outils avancés de spectroscopie laser, des sources de lumière quantique à la demande et des circuits photoniques, les ingénieurs doivent être capables de contrôler de manière dynamique les propriétés optiques non linéaires des cristaux.

La modulation électrique d’une propriété optique non linéaire connue sous le nom de non-linéarité de second ordre (c’est-à-dire où les champs optiques interagissent avec un milieu non linéaire et produisent des champs optiques avec une fréquence doublée), pourrait être particulièrement cruciale pour le développement de technologies optiques sur puce, telles que comme des lasers compacts ou des réseaux de neurones photoniques.

La modulation directe de la non-linéarité de second ordre ou de la susceptibilité optique des matériaux s’est jusqu’à présent avérée difficile. Cela s’explique en partie par le fait que pour moduler cette propriété, il est nécessaire de modifier la symétrie de la structure atomique d’un cristal, ce qui peut nécessiter des températures élevées ou des interventions chimiques irréversibles qui pourraient être difficiles à exécuter pour les dispositifs sur puce.

De nombreux chercheurs ont ainsi simplement provoqué des effets de seconde harmonique en appliquant un champ électrique à des matériaux, qui produisent indirectement une réponse optique de second ordre sans modifier la structure atomique de leurs cristaux. Cependant, ces effets sont généralement faibles et ne peuvent pas être modulés sans de fortes tensions électriques.

Des chercheurs de l’Université de Californie à Berkeley et de l’Université de Hong Kong ont récemment réalisé la modulation électrique directe de la susceptibilité optique de second ordre dans le ditellurure de molybdène monocouche (MoTe2), un composé qui peut être cristallisé dans des feuilles bidimensionnelles (2D) très minces et peut être aminci en monocouches. Leur article, publié en Nature Électronique, pourrait avoir des implications importantes pour le développement futur des technologies photoniques.

Pour moduler la susceptibilité optique de second ordre, l’équipe a modifié électriquement la structure cristalline du MoTe2 entre les phases non centrosymétrique et centrosymétrique du matériau. En d’autres termes, ils ont inversé la symétrie d’inversion du MoTe2 cristaux, ce qui leur a permis d’ajuster directement l’intensité des effets de génération de deuxième harmonique.

« Nous montrons que la commutation électrique de la structure cristalline du ditellurure de molybdène monocouche peut être utilisée pour moduler directement la susceptibilité optique de second ordre », ont écrit les chercheurs dans leur article. « Cette approche conduit à la modulation de la génération de deuxième harmonique avec un rapport marche/arrêt de 1 000 et une force de modulation de 30 000 % par volt, ainsi qu’un fonctionnement à large bande de 300 nm.

Remarquablement, l’équipe a découvert que la modulation pouvait être effectuée à température ambiante, présentant exactement les mêmes rapports marche/arrêt après 30 cycles de modulation. Fait intéressant, cependant, lorsque vous essayez d’obtenir la même modulation en utilisant le MoTe bicouche2, par opposition au MoTe monocouche2, ils ont observé des tendances de modulation opposées, en raison de la rupture de la symétrie d’inversion dans le matériau.

À l’avenir, la stratégie de modulation présentée dans leur article pourrait permettre la fabrication de nouveaux dispositifs et circuits photoniques compacts. Sa mise en œuvre à grande échelle pourrait également être accélérée par les progrès récents dans la réalisation de grilles à haut diélectrique spatialement bien définies et de monocouches macroscopiques basées sur des cristaux de van der Waals 2D.


Cristal photonique non linéaire tridimensionnel naturel


Plus d’information:
Ying Wang et al, Modulation électrique directe de la susceptibilité optique de second ordre via des transitions de phase, Nature Électronique (2021). DOI : 10.1038 / s41928-021-00655-0

© 2021 Réseau Science X

Citation: Une stratégie pour moduler directement la susceptibilité optique de second ordre du ditellurure de molybdène monocouche (2021, 25 octobre) récupéré le 25 octobre 2021 à partir de https://techxplore.com/news/2021-10-strategy-modulate-second-order-optical -susceptibilité.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. En dehors de toute utilisation équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans l’autorisation écrite. Le contenu est fourni seulement pour information.