В University at Buffalo рассчитали оптические отпечатки 10 дефектов в h-BN методом нелинейного моделирования
Первопринципные расчеты показали, что дефекты в гексагональном нитриде бора усиливают генерацию второй гармоники на порядки.
Исследовательская группа под руководством специалистов из University at Buffalo смоделировала оптические профили 10 известных атомных дефектов в многослойном гексагональном нитриде бора (h-BN), о чем сообщил журнал Nano Letters acs.org
Nano Lettersacs.orgОткрыть источник ↗. Авторы рассчитали линейную, а также нелинейные восприимчивости второго и третьего порядков с разрешением по поляризации, определив отклик различных дефектов решетки на лазерное излучение. Результаты создают расчетную базу для оптической идентификации центров в двумерных материалах для квантовой фотоники и сенсорики.
Нарушение симметрии и нелинейный отклик
В то время как точечные дефекты слабо влияли на линейные оптические свойства материала, нелинейные восприимчивости продемонстрировали резкий рост за счет нарушения локальной симметрии и резонансных переходов. Комплексы на основе углерода привели к увеличению интенсивности генерации второй гармоники на порядки. Генерация третьей гармоники также усилилась, однако этот процесс оказался менее чувствительным к тонким изменениям локальной геометрии дефекта.
Ученые смоделировали поведение вакансий бора и азота, а также комплексов замещения атомами углерода. Расчеты показали, что поляризационные спектры позволяют различать дефекты с одинаковым химическим составом, но разной геометрией. В частности, при анализе двух конфигураций из четырех атомов углерода одна геометрия давала выраженный нелинейный сигнал в двух направлениях поляризации, тогда как другая структура активировала отклик только в одном направлении.
Экспериментальная верификация
Экспериментальные измерения на образцах h-BN, легированных углеродом, качественно подтвердили теоретические расчеты нелинейного усиления acs.org
Nano Lettersacs.orgОткрыть источник ↗. Поскольку определенные дефекты в h-BN способны испускать одиночные фотоны, обнаруженные оптические маркеры позволяют неразрушающим методом определять структуру квантовых излучателей. По заявлению авторов, расшифровка подобных спектров необходима для создания упорядоченных массивов дефектов под задачи квантовой связи и сенсорных платформ.
