Metapintoja 2D-materiaaleille

Tammikuun Nature Photonics -lehdessä julkaistussa artikkelissaan Columbia Engineeringin Jim Schuckin johtama tiimi käytti jaksollisuutta sellaisten fotonien tuottamiseen, jotka voisivat jonain päivänä aikaansaada kubitteja.

Tämä tarkoitti molybdeenidisulfidin (TMD) kerrostamista vuorotellen sen optisen tehon optimoimiseksi. Huolellisesti järjestetyt kerrokset varmistivat, että kunkin kerroksen läpi kulkevat valoaallot olivat vaiheiltaan yhteensopivia eivätkä interferoineet toisiaan.

Nyt lokakuussa he esittelevät täydentävän alustan: TMD:t, joissa on erittäin viritettävät, syövytetyt metapinnat.

Tässä uudessa työssä tohtoriopiskelija Zhi Hao Peng kehitti tarvittavan nanovalmistustekniikan ja syövytti sarjan toistuvia viivoja molybdeenidisulfidihiutaleeseen. ”Suunnittelumme tehostaa epälineaarisia vaikutuksia paljon enemmän kuin perinteiset lineaariset optiset optimointitekniikat ja saavuttaa siten voimakkaan parannuksen, joka ei aiemmin ollut mahdollista”, Peng sanoi.

Heidän metapintansa paransi toisen harmonisen generointia lähes 150-kertaisesti kuvioimattomiin näytteisiin verrattuna. Kun tämä prosessi on optimoitu, tiimi keskittyy nyt sen suorittamiseen päinvastaisessa järjestyksessä: jakamalla yksi fotoni kahdeksi lomittuneeksi fotoniksi.

Merkillepantavaa on, että Pengin lähestymistapa vaatii vähemmän vaiheita, jotka ovat helpompia ja edullisempia toteuttaa kuin aiemmat kuviointimenetelmät. Näin voi tehdä yhä monimutkaisempia kuvioita käyttämällä tavanomaisia ​​puhdastilan etsaustekniikoita.

Teoreettiset yhteistyökumppanit Andrea Alu CUNY Advanced Science Research Centeristä ja hänen postdoc-tutkijansa Michele Cortufo työskentelivät Columbian tiimin kanssa määrittääkseen metapintakuvion, jota tarvitaan TMD:iden epälineaarisen vasteen tehostamiseksi ja makroskooppisen tehokkuuden saavuttamiseksi erittäin ohuilla polkupituuksilla.

"Osoitimme, että tällainen ei-triviaali käyttäytyminen voidaan saavuttaa huomattavan yksinkertaisella näytteen muokkaamisella: sen sijaan, että työskentelisimme litteiden hiutaleiden kanssa, kuvioimme ne jaksollisella viivojen järjestelyllä, joiden leveydet vaihtelevat", sanoi Cortufo.

Metapinnat ovat olleet fotoniikan alan eturintamassa jo noin vuosikymmenen ajan, mutta Peng ja hänen yhteistyökumppaninsa rakenne on yksi ensimmäisistä, jotka yhdistävät ne 2D-kiteeseen näin tehokkaalla tavalla. ”Tämä työ osoittaa, kuinka metapintojen suunnitellut epälokaalisuudet voivat avata ennennäkemättömiä epälineaarisia tehokkuuksia yhdistettynä 2D-materiaaleihin”, Alu sanoi.

Metapinnan generoima valo on tietoliikennealueen aallonpituuksilla, minkä ansiosta niiden tuottamat fotonit on helppo integroida nykyisiin verkkoihin ja tietoliikennelaitteisiin nanometritasolla. ”Tämä voisi olla yksi kompakteimmista lomittuneista fotoneista tällä aallonpituusalueella. Tämän jalanjälkemme ansiosta voimme todella alkaa miettiä täysin sirulla olevaa kvanttifotoniikkaa”, Schuck sanoi yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Metapinnoista seuraava kvantti-informaation prosessori?

Monifotoninen lomittuminen metapinnan avulla

Kvanttipistepohjainen metapinta