2D 材料単層による世界最薄のオプティカルホログラムを開発

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2019/8/19 アメリカ合衆国ミズーリ工科大学

 (Researchers realize world’s thinnest optical hologram with 2-D material monolayer)
Abstract Image

・ ミズーリ工科大学は、1nm より薄い単一原子の 2D 単層材料を用いて、ホログラフィック画像を再現する新たなコンセプトを実証。スマートウォッチのホログラフィックディスプレイ、紙幣やクレジットカードのセキュリティマーキング、ビッグデータストレージ等の将来のアプリケーションに有望。
・ 本研究では、原子的に薄く高変換効率な、非線形遷移金属ダイカルコゲナイド(TMD)ホログラムを開発。デバイスは、0.7nm 厚の単層二硫化タングステンで、様々なホログラフィック画像を試作して再現。二硫化タングステン単分子層は、タングステン原子を 1 層のみ保有し、2 層の硫黄原子に挟まれている。
・ 「集束イオンビーム・ミリング」として知られる微細加工プロセスで穴を開けた、ホログラムパターンの設計部分である光の波面の制御には、ナノパターン化した単層二硫化タングステンの単一原子のみを使用。
・ 研究者たちは、ナノパターン化した単層二硫化タングステンに極短波長レーザー励起を誘起して実験。光渦ビームや、エアリービームの作製や、二次調和振動数で複雑なホログラフィック画像の再生のための、原子厚で高変換効率な非線形光学ホログラムを実証。
・ 研究者たちは、中国語の漢字の「光」の文字のホログラフィック画像を、青や緑の色で再現。また、単純なエッチングや単層二硫化タングステン領域を保持して、0/1 の二進法の振幅変調を制御。・ 本技術のホログラムは、従来の金属ナノ構造で作製されたプラズモン・メタサーフェスホログラムよりも著しく高い非線型変換効率を保有する。また、1nm 以下の極薄な原子厚で、これは従来のプラズモン・メタサーフェスの十分の一以上、誘電体メタサーフェスの何百分の一の薄さである。
URL: https://news.mst.edu/2019/08/researchers-realize-worlds-thinnest-optical-hologram-with2-d-material-monolayer/

(関連情報)
Nano Letters 掲載論文(アブストラクトのみ:全文は有料)
Atomically Thin Nonlinear Transition Metal Dichalcogenide Holograms
URL: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b02740

<NEDO海外技術情報より>

Abstract

Nonlinear holography enables optical beam generation and holographic image reconstruction at new frequencies other than the excitation fundamental frequency, providing pathways toward unprecedented applications in optical information processing and data security. So far, plasmonic metasurfaces with the thickness of tens of nanometers have been mostly adopted for realizing nonlinear holograms with the potential of on-chip integration but suffering from low conversion efficiency and high absorption loss. Here, we report a nonlinear transition metal dichalcogenide (TMD) hologram with high conversion efficiency and atomic thickness made of only single nanopatterned tungsten disulfide (WS2) monolayer, for producing optical vortex beams and Airy beams as well as reconstructing complex holographic images at the second harmonic (SH) frequency. Our concept of nonlinear TMD holograms paves the way toward not only the understanding of light–matter interactions at the atomic level but the integration of functional TMD-based devices with atomic thickness into the next-generation photonic circuits for optical communication, high-density optical data storage, and information security.

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