Un nuovo semiconduttore bidimensionale mostra la massima efficienza ottica non lineare su spessori nanometrici. E’ il risultato di un nuovo studio recentemente pubblicato su “Nature Photonics” da Xinyi Xu, PhD student della Columbia University, e Chiara Trovatello, ricercatrice post-dottorato presso il Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, insieme al Prof. Giulio Cerullo del Dipartimento di Fisica di Politecnico di Milano, Dmitri N. Basov e P. James Schuck della Columbia University di New York City.
“Fibre ottiche, lettori di codici a barre, bisturi leggeri per la chirurgia di precisione… le innumerevoli applicazioni che hanno rivoluzionato la nostra quotidianità si affidano esclusivamente a un unico strumento: il laser. Ogni laser, però, emette luce solo ad una specifica lunghezza d’onda e per generare nuovi colori si possono utilizzare cristalli specifici sfruttando processi ottici non lineari. Il trend della miniaturizzazione, che ha dominato il mondo dell’elettronica, consentendo la realizzazione di potenti dispositivi consumer, come smartphone e tablet, sta ora muovendo il mondo dei laser e delle loro applicazioni, che costituiscono il cosiddetto campo della fotonica. Per questo è necessario realizzare processi non lineari all’interno di cristalli sempre più sottili” – racconta Chiara Trovatello, autrice dello studio. “Lo spessore tipico del cristallo non lineare è dell’ordine del millimetro. In questo studio abbiamo dimostrato che un nuovo materiale non lineare – la fase cristallina 3R del bisolfuro di molibdeno – su uno spessore di poche centinaia di nanometri può ottenere un guadagno ottico non lineare senza precedenti. Questo studio pone le basi per una nuova rivoluzione nel campo dell’ottica non lineare”.
Questo nuovo cristallo apre innumerevoli applicazioni future, che potrebbero essere integrate direttamente su un chip ottico micrometrico, riducendo le dimensioni tipiche dei dispositivi ottici non lineari. Tra le applicazioni più rilevanti: amplificatori ottici, laser sintonizzabili e generatori di luce quantistica su scale di lunghezza nanometrica.
“L’applicazione non lineare su chip reinventerà i dispositivi fotonici attraverso design più sottili e compatti. Questo grazie alla ricerca fondamentale, che ci permette di avvicinarci di un passo al futuro della scienza e della tecnologia” conclude il Prof. Cerullo.
