Chalmersin tutkijat yhdistivät kaksi fotoniikan kenttää nanolevyssä

Määrätietoisella tutkimuksellaan Chalmersin teknillisen korkeakoulun fysiikan laitoksen tutkijat ovat onnistuneet yhdistämään kaksi keskeistä fotoniikan tutkimusalaa – nonlinearinen ja korkean taitekertoimen nan Fotonics – yhteen disk-muotoiseen nanoobjektiin. Uusi nanolevy mahdollistaa valon taajuuden muuntamisen tehokkaasti ja pienessä koossa.

Valoa hyödyntävät sovellukset ovat keskeisiä useilla aloilla, kuten tietoliikenteessä, lääketieteessä ja spektroskopiassa. Nanolevyjen kehitys tähtää näiden teknologioiden suorituskyvyn parantamiseen. Tutkijoiden kehittämä nanolevy on alle valon aallonpituuden kokoinen, mutta se toimii erittäin tehokkaana valon taajuuden muuntajana, ollen jopa 10 000 kertaa tehokkaampi kuin vastaava rakenteeton materiaali.

Tutkimuksessa hyödynnettiin molybdeenidisulfidia, atomintähtävän ohutta materiaalia, jonka optiset ominaisuudet ovat poikkeukselliset huoneenlämmössä. Keskeinen haaste oli säilyttää materiaalin nonlineariset ominaisuudet valmistuksen aikana, sillä se on herkkä kiderakenteen häiriintymiselle. Chalmersin tutkijat onnistuivat valmistamaan nanolevyn, joka säilyttää ja jopa parantaa näitä ominaisuuksia.

Uusi nanolevy yhdistää äärimmäisen nonlinearisuuden ja korkean taitekertoimen kompaktiin rakenteeseen. Tutkijat uskovat, että tämän kaltaiset rakenteet voivat nopeuttaa fotoniikan tutkimusta ja avata ovia uusille kehittyneille optisille sovelluksille, kuten pienemmille ja tehokkaammille optisille piireille ja metasurfaceille.

Kehitettyä nanolevyä pidettään merkittävänä edistysaskeleena sen erittäin pienen koon vuoksi. Vaikka nonlinearisia ilmiöitä käytetään jo lasereissa, niihin perustuvat alustat ovat tyypillisesti senttimetrien kokoisia. Chalmersin nanolevy on vain noin 50 nanometrin kokoinen, mikä on dramaattinen skaalan pienennys ja voi edesauttaa tulevaisuudessa esimerkiksi kvantti- ja klassisen fotoniikan sovelluksia.