Des chercheurs de Chalmers combinent deux domaines de la photonique dans un nanodisque

Des chercheurs du département de physique de l'Université de technologie de Chalmers ont réussi à combiner deux domaines de recherche majeurs en photonique – la nanophotonique non linéaire et à haut indice – en un seul nano-objet de forme discoïdale. Ce nouveau nanodisque permet une conversion de fréquence lumineuse efficace dans un format compact.

Les applications photoniques, qui exploitent les interactions lumière-matière, sont cruciales pour les technologies de communication, médicales et les systèmes laser. Le développement de ces nanodisques vise à améliorer les performances de ces technologies. Le nanodisque développé par les chercheurs est plus petit que la longueur d'onde de la lumière, mais fonctionne comme un convertisseur de fréquence lumineuse très efficace, affichant une efficacité jusqu'à 10 000 fois supérieure à celle des matériaux non structurés.

La recherche a utilisé un dichalcogénure de métal de transition (TMD), spécifiquement le disulfure de molybdène, un matériau d'épaisseur atomique aux propriétés optiques exceptionnelles à température ambiante. Un défi majeur était de préserver les propriétés non linéaires du matériau pendant la fabrication, car il est sensible aux contraintes de symétrie du réseau cristallin. Les chercheurs de Chalmers ont développé une méthode pour fabriquer le nanodisque tout en maintenant, voire en améliorant, ces propriétés.

Le nouveau nanodisque combine une non-linéarité extrême avec un indice de réfraction élevé dans une structure compacte. Les chercheurs affirment que ce matériau et cette conception représentent "l'état de l'art" et pourraient être attrayants pour l'industrie. "C'est vraiment une étape importante, en particulier en raison de la taille extrêmement petite du disque", déclare le professeur Timur Shegai. Les plateformes traditionnelles utilisant ces phénomènes sont généralement à l'échelle centimétrique, tandis que le nanodisque ne mesure qu'environ 50 nanomètres.

Ce développement devrait faire progresser la recherche en nanophotonique non linéaire, permettant potentiellement des expériences futures en photonique quantique et classique. En nanostructurant ce matériau unique, la taille des dispositifs optiques peut être considérablement réduite tout en augmentant leur efficacité, ce qui conduit à des applications en optique non linéaire et à la génération de paires de photons intriqués.