Как свет меняет структуру материалов: учёные раскрыли эффект в полупроводниках Janus

Сотрудники Университета Райса в ходе опытов доказали, что поток фотонов может механически перемещать атомы в тонкоплёночных полупроводниках группы дихалькогенидов переходных металлов Януса (TMD).

В процессе опытов специалисты облучали двухкомпонентное соединение — селенид молибдена, размещённый поверх дисульфида молибдена — лазерными пучками с различной длиной волны. В результате фиксировалось явление генерации второй гармоники (ГВГ): образец испускал световое излучение, частота которого была в два раза выше частоты исходного луча.

Физическое воздействие света на атомы в кристалле описывается явлением оптострикции — механическим влиянием электромагнитного поля света. В материалах Януса этот эффект выражен сильнее благодаря интенсивной связи между слоями.

При совпадении частоты входящего света с собственными резонансными частотами вещества учёные отмечали деформацию картины вынужденного комбинационного рассеяния. Данный факт свидетельствовал о перемещении атомов внутри кристаллической решётки.

Главная отличительная черта материалов Януса заключается в несимметричном строении: атомарные слои сверху и снизу образованы различными химическими элементами. Подобная неоднородность порождает внутреннюю поляризацию кристалла и укрепляет связь между слоями, благодаря чему вещество демонстрирует усиленную реакцию на воздействие света.

В обычном состоянии кристаллическая решётка обладает гексагональной симметрией, визуально схожей с шестилепестковым цветком. Под действием света симметрия нарушается: атомы смещаются, вызывая неравномерное сжатие структурных элементов.

Полученные в ходе исследования данные открывают перспективы для использования материалов Януса в разработке новых технологических решений. В частности, они могут стать основой для создания оптических чипов, работающих на свету вместо электричества, сверхчувствительных детекторов и квантовых источников света.

Исследование демонстрирует принципиальную возможность управлять атомарной структурой материалов с помощью светового излучения. Это прокладывает путь к созданию инновационных светочувствительных компонентов для вычислительной техники и сенсорных систем.