Una rivoluzione ultrasottile per l’ottica nonlineare: su Nature Photonics una ricerca che dimostra un materiale nonlineare ultrasottile senza precedenti.
Un nuovo semiconduttore bidimensionale dimostra la più alta efficienza ottica nonlineare mai misurata su spessori nanometrici. È questo il risultato di uno studio pubblicato su Nature Photonics da Xinyi Xu, studente di dottorato della Columbia University, e Chiara Trovatello, postdoc presso il Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, congiuntamente ai professori Giulio Cerullo del Dipartimento di Fisica del Politecnico, Dmitri N. Basov e P. James Schuck della Columbia University.
Applicazioni nonlineari direttamente su chip consentiranno di reinventare il mondo della fotonica con nuovi dispositivi sempre più sottili e compatti.
“Fibre ottiche, lettori di codici a barre, bisturi per chirurgia di precisione… tutte queste applicazioni che hanno rivoluzionato la nostra vita quotidiana sono basate su un solo dispositivo: il laser” racconta Chiara Trovatello, autrice dello studio. “Ciascun laser, tuttavia, emette luce ad una specifica lunghezza d’onda e per convertire la luce laser in altri colori, o in altre lunghezze d’onda, si utilizzano dei particolari cristalli in grado di sfruttare processi ottici nonlineari. La tendenza alla miniaturizzazione che ha dominato il mondo dell’elettronica si sta ora estendendo al mondo dei laser e delle loro applicazioni ai dispositivi fotonici. Per tale motivo, è necessario ottenere processi nonlineari efficienti in cristalli sempre più sottili“.
Il nuovo materiale nonlineare
Lo spessore tipico dei cristalli nonlineari standard è di qualche millimetro. In questo lavoro i ricercatori hanno dimostrato che un nuovo materiale nonlineare – la fase cristallina 3R del semiconduttore MoS2 – su uno spessore di poche centinaia di nanometri (1 nm = 10-9 m) può raggiungere guadagni nonlineari senza precedenti. Questo studio pone le basi per una vera rivoluzione ultrasottile nell’ottica nonlineare.
Questo nuovo cristallo apre le porte a una quantità illimitata di applicazioni future, che possono essere pensate e integrate direttamente su di chip ottico micrometrico, riducendo le dimensioni tipiche dei dispositivi nonlineari. Tra le applicazioni più rilevanti: amplificatori di luce, laser accordabili e generatori di luce quantistica su scale spaziali nanometriche.
