주파수 변환기는 레이저 소형화를 향한 큰 발걸음을 내디뎠습니다.

"비선형 광학은 현재 거시적인 세계이지만 우리는 그것을 미시적인 세계로 만들고 싶습니다"라고 컬럼비아 대학 기계공학과 부교수인 James Schuck 연구실에서 연구를 진행한 박사후 과정 학생인 Chiara Trovatelloa는 말했습니다.

기존 색상 변환기 크기의 일부에 불과한 이 장치는 새로운 종류의 초소형 광학 회로 칩을 생산하고 양자 광학을 발전시킬 수 있다고 연구진은 말했습니다. 레이저를 사용하는 장치는 다양한 색상의 레이저 광을 배포할 수 있어야 하는 경우가 많습니다. 예를 들어, 녹색 레이저 포인터는 거시적 물질에 의해 가시색으로 변환되는 적외선 레이저에 의해 생성됩니다. 연구자들은 레이저 광의 색상을 변경하기 위해 비선형 광학 기술을 사용하지만, 효율적으로 색상 변환이 일어나기 위해서는 기존에 사용되는 재료가 상대적으로 두꺼워야 합니다. 이황화 몰리브덴(MoS2)은 가장 많이 연구된 전이 금속 디칼코게나이드 중 하나이며, 2D 재료입니다. 원자적으로 얇은 층으로 벗겨졌습니다. MoS2의 단일 층은 빛의 주파수를 효율적으로 변환할 수 있지만 장치를 만드는 데 사용하기에는 너무 얇습니다. 더 큰 MoS2 결정은 비색 변환 형태에서 더 안정적인 경향이 있습니다. 3R-MoS2로 알려진 필요한 결정을 제작하기 위해 팀은 상용 2D 재료 공급업체인 HQ Graphene과 협력했습니다. 연구진은 두께가 1μm 미만인 MoS2 스택으로 제작된 장치가 통신 파장의 빛 주파수를 얼마나 효율적으로 변환하여 다양한 색상을 생성하는지 특성화했습니다.

연구원들은 3R-MoS2를 사용하여 다양한 두께의 샘플이 빛의 주파수를 얼마나 효율적으로 변환하는지 테스트했습니다. 샘플에서 생성된 빛을 등록하려면 일반적으로 특수 센서가 필요하며 그렇게 하는 데 오랜 시간이 걸린다고 Schuck 연구실의 박사과정 학생인 Xinyi Xu는 말했습니다. "3R-MoS2를 사용하면 거의 즉각적으로 매우 큰 향상을 볼 수 있었습니다"라고 그는 말했습니다. 팀은 통신 파장에서 이러한 전환을 기록했습니다.