Les semiconducteurs bidimensionnels ultra-minces offrent des réponses optiques exceptionnelles, ce qui les rend très prometteurs pour des structures photoniques compactes. En particulier, les dichalcogénures de métaux de transition à quelques couches (TMDC) combinent un indice de réfraction élevé, une non-linéarité optique et une anisotropie, permettant le développement d’éléments optiques diffractifs miniaturisés. Cependant, l’utilisation pratique des TMDC en photonique reste encore largement limitée par les défis de fabrication de micro et nanostructures avec des géométries précises et bien définies.
Dans un nouvel article publié dans Light: Advanced Manufacturing, une équipe de scientifiques du Center for Photonic Science and Engineering (CPhSE), Skolkovo Institute of Science and Technology, Moscou, Fédération de Russie, a développé une méthode assistée par laser pour fabriquer des éléments diffractifs à base de TMDC à partir de précurseurs chimiques directement sur des substrats fonctionnels. L’irradiation laser localisée déclenche des réactions chimiques au sein du film de thiosel, induisant une conversion spatialement sélective du précurseur en une microstructure amorphe qui peut ensuite être post-convertie en TMDC polycristallin lors du processus de recuit. Cette technique évolutive peut produire rapidement des réseaux et des lentilles à haute résolution sur une variété de substrats photoniques.
« Cette approche assistée par laser permet la synthèse de structures diffractives MoS2 et WS2 directement à partir de précurseurs chimiques tout en réalisant simultanément une microstructuration de haute précision. En utilisant une lumière structurée pendant l’irradiation, la méthode permet la fabrication précise d’éléments optiques diffractifs avec une résolution extrêmement élevée, y compris des réseaux et des lentilles. », prévoient les scientifiques.
L’équipe a démontré plusieurs applications, notamment des coupleurs à réseau pour l’intégration de puces et des éléments de focalisation en couche mince sur des substrats ferroélectriques, soulignant le potentiel de la méthode pour les futurs dispositifs photoniques intégrés.
« Grâce à sa précision et à son évolutivité, cette approche a un fort potentiel pour faire progresser les plates-formes photoniques basées sur des matériaux 2D. De plus, la capacité de modeler ces structures sur des matériaux fonctionnels tels que les ferroélectriques les rend idéalement adaptées aux architectures électro-optiques hybrides. De tels systèmes peuvent intégrer de manière transparente des éléments diffractifs passifs avec des mécanismes de contrôle actifs, ouvrant la voie à des plates-formes photoniques de nouvelle génération. », ont ajouté les chercheurs.
Article : Laser printing of 2D transition metal dichalcogenide diffractive optical elements – Journal : Light: Advanced Manufacturing – DOI : Lien vers l’étude
Source : Light: Advanced Manufacturing
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