二硒化钨为光子技术发展再助力

韩国大邱庆北科学技术院(DGIST)研究团队通过二维材料二硒化钨(WSe2)的波段特性,开发出一种新型“双谐振法 ”,能够大幅提高二维材料中的光子转换效率,为未来光子学领域的研究与进步提供助力。相关成果发表在《Nano Letters》。

二硒化钨为光子技术发展再助力

光子学是研究以光子为信息载体的科学,在半导体激光器、光通信器件、光电探测器和新材料等领域有着广阔的应用前景。因此,研究和探索光子产生的过程,对未来光子技术以及光子器件的发展有着重要的意义。

DGIST研究团队通过二硒化钨独特的能带特性,在基于“非线性二次谐波生成”(SHG)的方法上,提出了“双共振光学总和频率生成”(SFG)方法,实现了光子转换效率的成倍增加。SHG是一种光学过程,其中具有相同频率的两个光子与非线性材料相互作用,并产生具有两倍能量的新光子,从而实现频率加倍。

二硒化钨(WSe2)是一种类石墨烯二维材料,其结构是由上下各一层硒原子连接中间1层钨原子所组成,具有高电子传导性、原子级厚度、直接能隙(单层结构)、快速电子转移、赝自旋等独特性能,此外二硒化钨是世界上热传导率最低的材料,仅为钻石的10万分之一。因此,二硒化钨在光电、催化、化学与生物传感、超级电容器、太阳能电池及锂离子电池等领域有着非常广阔的应用前景。

二硒化钨结构

研究团队发现二硒化钨由各种 "共振点 "组成,对被称为 "光子 "的光粒子的吸收可以作出敏感反应。他们在WSe2中选择了两个分别称为A和D激子的共振点,发现当使用两个激励脉冲(ω1和ω2)照射WSe2时,两个脉冲中的一个(ω1)被调到A激子上,它们的和频(ω1+ω2)被调到D激子上,信号是单共振模式的20倍。此外,使用SFG方法产生光子的强度比SHG高一个数量级。

这些研究结果显示了先进光子器件发展的巨大潜力。J.D. Lee教授表示,双共振SFG方法不仅为非线性光谱和微观方法,而且为使用二维半导体的非线性光学和技术提供了新的科学见解。这些研究有可能将基于光子学的应用提升到一个新的水平,例如医疗方面,可以通过更好的光学成像仪器获得更便宜的诊断方法。

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