Descrizione del progetto
Nuovi materiali bidimensionali contendenti si dimostrano promettenti per l’ottica non lineare
L’ottica non lineare, uno studio del modo in cui la luce interagisce con la materia, è cruciale per numerose applicazioni fotoniche. I super-reticoli bidimensionali di van der Waals, che comprendono due materiali monostrato impilati, forniscono un’alternativa ai materiali a singolo strato per l’ingegnerizzazione delle non linearità ottiche. Tali super-reticoli possono migliorare in modo significativo le risposte ottiche non lineari dei materiali bidimensionali aumentando coerentemente la lunghezza dell’interazione tra luce e materia e creando fondamentalmente nuove proprietà fisiche. Il progetto ATOP, finanziato dall’UE, sfrutterà il potenziale di questi materiali per lo sviluppo di rivoluzionari dispositivi fotonici non lineari, quali fonti di generazione parametrica ottica su chip, fonti di terahertz a banda larga ed emettitori di coppie di fotoni di elevata purezza. I sistemi fotonici derivanti potrebbero essere altamente valutati nella metrologia, nel rilevamento portatile e nelle comunicazioni quantistiche.
Obiettivo
The project aims at introducing a paradigm shift in the development of nonlinear photonics with atomically-engineered two-dimensional (2D) van der Waals superlattices (2DSs). Monolayer 2D materials have large optical nonlinear susceptibilities, a few orders of magnitude larger than typical traditional bulk materials. However, nonlinear frequency conversion efficiency of monolayer 2D materials is typically weak mainly due to their extremely short interaction length (~atomic scale) and relatively large absorption coefficient (e.g.>5×10^7 m^-1 in the visible range for graphene and MoS2 after thickness normalization). In this context, I will construct atomically-engineered heterojunctions based 2DSs to significantly enhance the nonlinear optical responses of 2D materials by coherently increasing light-matter interaction length and efficiently creating fundamentally new physical properties (e.g. reducing optical loss and increasing nonlinear susceptibilities).
The concrete project objectives are to theoretically calculate, experimentally fabricate and study optical nonlinearities of 2DSs for next-generation nonlinear photonics at the nanoscale. More specifically, I will use 2DSs as new building blocks to develop three of the most disruptive nonlinear photonic devices: (1) on-chip optical parametric generation sources; (2) broadband Terahertz sources; (3) high-purity photon-pair emitters. These devices will lead to a breakthrough technology to enable highly-integrated, high-efficient and wideband lab-on-chip photonic systems with unprecedented performance in system size, power consumption, flexibility and reliability, ideally fitting numerous growing and emerging applications, e.g. metrology, portable sensing/imaging, and quantum-communications. Based on my proven track record and my pioneering work on 2D materials based photonics and optoelectronics, I believe I will accomplish this ambitious frontier research program with a strong interdisciplinary nature.
Campo scientifico
Programma(i)
Argomento(i)
Meccanismo di finanziamento
ERC-ADG - Advanced GrantIstituzione ospitante
02150 Espoo
Finlandia