Chalmersforskare kombinerar två fotonikfält i nanodisk

Forskare vid institutionen för fysik vid Chalmers tekniska högskola har lyckats kombinera två stora forskningsfält inom fotonik – icke-linjär och högindex nan Fotonics – i ett enda diskformigt nanoobjekt. Denna framgång förväntas driva fotonikforskningen framåt och möjliggöra nya optiska tillämpningar.

Fotonik, som utnyttjar ljus-materia-interaktioner, är avgörande för teknologier inom kommunikation, medicin och lasersystem. Den nya nanodisken är mindre än ljusets våglängd men fungerar som en mycket effektiv omvandlare av ljusfrekvenser, med en effektivitet som är upp till 10 000 gånger högre än hos ostrukturerat material.

Forskarna använde sig av övergångsmetallen dikalkogenid (TMD), närmare bestämt molybden disulfid, ett atomtunt material med utmärkta optiska egenskaper vid rumstemperatur. Utmaningen låg i att bevara materialets icke-linjära egenskaper under tillverkningen, då det är känsligt för störningar i kristallstrukturen. Chalmersforskarna har utvecklat en metod för att tillverka nanodisken som bevarar och till och med förstärker dessa egenskaper.

Den nya nanodisken kombinerar extrem icke-linjäritet med ett högt brytningsindex i en kompakt struktur. Forskarna menar att detta material och design representerar "state-of-the-art" och kan vara attraktivt för industrin. "Det är verkligen en milstolpe, särskilt på grund av diskens extremt lilla storlek," säger professor Timur Shegai. Traditionella plattformar som använder dessa fenomen är ofta stora, medan nanodisken endast är cirka 50 nanometer.

Denna utveckling kan bidra till framtida icke-linjära nanFotonics-experiment, både kvantmekaniska och klassiska. Genom att kunna nanostrukturera detta unika material kan storleken på optiska enheter dramatiskt minskas och deras effektivitet ökas. Detta kan leda till tillämpningar inom icke-linjär optik och generering av intrasslade fotonpar.