Niewielkie elementy konwertujące kolory dają nadzieję na budowę mniejszych urządzeń laserowych
Współcześnie lasery można spotkać na każdym kroku – wykorzystuje się je w tysiącach zastosowań, od medycyny po kryminalistykę. Miniaturyzacja urządzeń oznacza, że komponenty, z których są zbudowane, stają się coraz mniejsze. Obróbka laserowa rewolucjonizuje produkcję półprzewodników, umożliwiając tym samym stosowanie mniejszych, cieńszych komponentów. Dzięki badaniom wspieranym częściowo przez finansowany przez UE projekt GrapheneCore3 urządzenia powinny stać się znacznie mniejsze. „W ciągu ponad 60 lat od wynalezienia laserów radykalnie zmieniły one nasze życie”, komentuje dr Giulio Cerullo, badacz specjalizujący się w optyce nieliniowej z Politechniki Mediolańskiej we Włoszech, będącej partnerem projektu, cytowany w komunikacie prasowym zamieszczonym w serwisie „EurekAlert!”.
Zademonstrowanie potencjału materiałów dwuwymiarowych
Wraz z zespołem naukowców z Uniwersytetu Columbia w Stanach Zjednoczonych dr Cerullo badał materiał dwuwymiarowy – dwusiarczek molibdenu (MoS2). Jest on obiecujący pod względem zastąpienia grafenu i produkcji innych urządzeń półprzewodnikowych. Uczeni zbadali, na ile efektywnie urządzenia utworzone ze stosów MoS2 o grubości poniżej 1 mikrona konwertują częstotliwości światła przy długościach fal telekomunikacyjnych, aby wytwarzać różne kolory. Badanie zostało opisane na łamach czasopisma „Nature Photonics”. Praca ta przybliża nas o krok do zastąpienia materiałów stosowanych obecnie w laserach przestrajalnych, których rozmiary mierzone są w milimetrach i centymetrach. „Optyka nieliniowa ma obecnie skalę makroskopową, ale my chcemy uczynić ją mikroskopową”, deklaruje dr Chiara Trovatello, która niedawno obroniła doktorat z fizyki u dr Cerullo na Politechnice Mediolańskiej.
Zmniejszenie urządzeń laserowych do skali mikroskopowej
Pojedyncze warstwy MoS2 są w stanie efektywnie konwertować częstotliwości światła, jednak są zbyt cienkie, aby można było budować z nich urządzenia. Z tego względu naukowcy wytworzyli kryształy o nazwie 3R-MoS2. Za pomocą 3R-MoS2 sprawdzili, na ile efektywnie próbki o różnej grubości konwertują częstotliwość światła. Badanie od razu przyniosło zaskakujące wyniki. „Rzadko zdarza się, aby projekt badawczy okazał się bardziej owocny, niż wynikało z pierwszych założeń – zwykle jest odwrotnie. Nasze badanie było jednak takim rzadkim, niezwykłym przypadkiem”, mówi James Schuck, profesor nadzwyczajny inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Columbia. „Zajmuję się optyką nieliniową od ponad trzydziestu lat. Badania w tej dziedzinie zwykle przebiegają powolnie, a kolejne osiągnięcia są wynikiem stopniowego nagromadzenia dotychczasowych odkryć. Rzadko kiedy udaje się zrobić coś całkowicie nowatorskiego, co miałoby duży potencjał”, zauważa dr Cerullo. „W moim poczuciu ten nowy materiał może zapoczątkować rewolucję”. Projekt GrapheneCore3 (Graphene Flagship Core Project 3) skupia 160 partnerów akademickich i przemysłowych z 23 krajów, przyczyniając się do utrzymania przez Europę czołowego miejsca w dziedzinie badań nad grafenem. Ogólnym celem jest przyczynienie się do wprowadzenia innowacyjnych materiałów grafenowych na rynek do 2023 roku. Realizacja projektu zakończy się we wrześniu 2023 roku. Więcej informacji: strona projektu GrapheneCore3
Słowa kluczowe
GrapheneCore3, laser, urządzenie laserowe, 2D, dwusiarczek molibdenu, grafen, 3R-MoS2, światło, optyka nieliniowa
