Araştırmacılar, ışık frekansı dönüşüm verimliliğini önemli ölçüde artıran disk benzeri bir nanoyapı yarattılar. Fotonikteki bu yenilik, malzeme ve optik rezonansları kompakt bir biçimde birleştirerek gelişmiş optik ve fotonik uygulamalara giden yolu açıyor.
İsveç’teki Chalmers Teknoloji Üniversitesi’ndeki bilim insanları, benzersiz optik özelliklere sahip bir nanonesne yaratarak fotonikteki iki büyük araştırma alanını birleştirmeyi ilk kez başardılar. Nesne bir insan saçından bin kat daha ince olmasına rağmen çok güçlü olduğundan, bu çığır açıcı buluş, verimli ve kompakt doğrusal olmayan optik cihazların geliştirilmesinde büyük bir potansiyele sahip.
Araştırmacılar, ışık frekansı dönüşüm verimliliğini önemli ölçüde artıran disk benzeri bir nanoyapı yarattılar. Fotonikteki bu yenilik, malzeme ve optik rezonansları kompakt bir biçimde birleştirerek gelişmiş optik ve fotonik uygulamalara giden yolu açıyor.
İsveç’teki Chalmers Teknoloji Üniversitesi’ndeki bilim insanları, benzersiz optik özelliklere sahip bir nanonesne yaratarak fotonikteki iki büyük araştırma alanını birleştirmeyi ilk kez başardılar. Nesne bir insan saçından bin kat daha ince olmasına rağmen çok güçlü olduğundan, bu çığır açıcı buluş, verimli ve kompakt doğrusal olmayan optik cihazların geliştirilmesinde büyük bir potansiyele sahip.
Chalmers’daki çalışmaya liderlik eden Profesör Timur Shegai, “Benim hissiyatım bu keşfin büyük bir potansiyele sahip olduğu yönünde” diyor. Gelişmiş Fotonikle Işığın Kullanımı
Fotonik uygulamalar, çeşitli ilgi çekici fenomenler üretmek için ışık-madde etkileşimlerinin gücünden yararlanır.
Bu, diğerlerinin yanı sıra iletişim, tıp ve spektroskopide büyük ilerlemeler sağlamıştır ve ayrıca lazer ve kuantum teknolojilerinde de kullanılmaktadır. Şimdi, Chalmers Teknoloji Üniversitesi Fizik Bölümü’ndeki araştırmacılar, iki büyük araştırma alanını doğrusal olmayan ve yüksek endeksli nanofotonik tek bir disk benzeri nano nesnede birleştirmeyi başardılar.
Profesör Timur Shegai ;
“Başardıklarımız karşısında hayrete düştük ve mutlu olduk. Disk görünümlü yapı, ışığın dalga boyundan çok daha küçük olmasına rağmen çok verimli bir ışık frekans dönüştürücüsü.
Ayrıca, aynı türdeki yapılandırılmamış malzemeden 10.000 kat, hatta belki daha da fazla verimli, bu da nanoyapılandırmanın verimliliği artırmanın yolu olduğunu kanıtlıyor.”
Nanoyapı Üretiminde Atılım
Biraz basitleştirilmiş olarak, araştırmacılar nanodiskte kristalin doğrusal olmayanlığı aracılığıyla ışık frekansını dönüştürme yeteneğine sahip malzeme ve optik rezonansların bir kombinasyonudur.
Üretiminde, oda sıcaklığında olağanüstü optik özelliklere sahip atomik olarak ince bir malzeme olan geçiş metali dikalkojenür (TMD), yani molibden disülfür kullandılar.
Ancak malzemeyle ilgili sorun, kristal kafes simetri kısıtlamaları nedeniyle doğrusal olmayan özelliklerini kaybetmeden istiflenmesinin çok zor olmasıdır.
Georgii Zograf, “İlk kez, hacmindeki kırık ters simetriyi koruyan ve dolayısıyla optik doğrusal olmayanlığı koruyan, özel olarak istiflenmiş molibden disülfürden oluşan bir nanodisk ürettik.
Böyle bir nanodisk, her bir katmanın doğrusal olmayan optik özelliklerini koruyabilir. Bu, malzemenin etkilerinin hem korunduğu hem de geliştirildiği anlamına gelir” diyor.
Kompakt Tasarımla Yenilikçi Optikler
Malzemenin yüksek bir kırılma indisi vardır, yani ışık bu ortamda daha etkili bir şekilde sıkıştırılabilir. Dahası, malzeme, atomik kafesin alttaki malzemeyle eşleştirilmesine gerek kalmadan herhangi bir alt tabakaya aktarılabilir olma avantajına sahiptir.
Nanoyapı ayrıca elektromanyetik alanı yerelleştirmede ve ondan iki kat frekanslı ışık üretmede çok etkilidir, bu ikinci harmonik üretim adı verilen bir etkidir.
Örneğin yüksek enerjili darbeli lazer sistemlerinde kullanılan toplam ve fark frekanslı üretim etkilerine benzer, sözde doğrusal olmayan bir optik fenomendir. Bu sayede bu nanodisk, tek bir kompakt yapıda aşırı doğrusal olmayan yapıyı yüksek kırılma indisiyle birleştiriyor.
Geleceğin Optik Teknolojilerine Öncülük Ediyoruz
Georgii Zograf, “Önerdiğimiz malzeme ve tasarım, son derece yüksek doğal doğrusal olmayan optik özellikler ve belirgin doğrusal optik özellikler nedeniyle son teknoloji ürünüdür.
Görünür optik aralıkta 4,5’lik bir kırılma indisi. Bu iki özellik, araştırmamızı çok yenilikçi ve potansiyel olarak endüstri için bile çekici kılıyor,” diyor.
“Özellikle diskin aşırı küçük boyutu nedeniyle bu gerçekten bir dönüm noktası. İkinci harmonik üretim ve diğer doğrusal olmayanlar lazerlerde her gün kullanılıyor, ancak bunları kullanan platformlar genellikle santimetre ölçeğinde.
Buna karşılık, nesnemizin ölçeği yaklaşık 50 nanometre, yani yaklaşık 100.000 kat daha ince bir yapı,” diyor araştırma lideri Profesör Timur Shegai.
Araştırmacılar nanodiskin çalışmasının fotonik araştırmalarını ileriye taşıyacağına inanıyor. Uzun vadede, TMD malzemelerinin inanılmaz derecede kompakt boyutları, benzersiz özellikleriyle birleştiğinde, potansiyel olarak gelişmiş optik ve fotonik uygulamalarda kullanılabilir. Örneğin, bu yapılar çeşitli optik devrelere entegre edilebilir veya fotoniklerin minyatürleştirilmesinde kullanılabilir.
“Bunun, hem kuantum hem de klasik olmak üzere çeşitli türlerde gelecekteki doğrusal olmayan nanofotonik deneylere katkıda bulunabileceğine inanıyoruz.
Bu benzersiz malzemeyi nano yapılandırma yeteneğine sahip olarak, nanodisk dizileri ve metayüzeyler gibi optik cihazların boyutunu önemli ölçüde azaltabilir ve verimliliğini artırabiliriz.
Bu yenilikler, doğrusal olmayan optikteki uygulamalar ve dolaşık foton çiftlerinin üretimi için kullanılabilir. Bu, ilk küçük adımdır, ancak çok önemlidir. Daha yüzeyi tırmalıyoruz,” diyor Timur Shegai.
Referans: “Rezonans geçiş metali dikalkojenür nanodisklerinde ultra yüksek indeksi olağanüstü doğrusal olmayanlıkla birleştirme” George Zograf, Alexander Yu. Polyakov, Maria Bancerek, Tomasz J. Antosiewicz, Betül Küçüköz ve Timur O. Shegai, 13 Haziran 2024, Nature Photonics .
