В мире науки произошло удивительное открытие: свет перестал быть просто источником освещения — теперь он способен физически перемещать атомы. Исследователи из Университета Райса выявили необычный эффект в ультратонких полупроводниках особого класса — дихалькогенидах переходных металлов Януса (TMD). Оказалось, что световые лучи способны оказывать механическое воздействие на атомную структуру этих материалов, меняя их симметрию и оптические характеристики.
Суть феномена кроется в явлении оптострикции: когда лазерный луч взаимодействует с двумерными кристаллами, он не просто проходит сквозь них, а буквально толкает атомы, вызывая структурные изменения. Это открытие переворачивает представление о природе взаимодействия света и материи на атомном уровне и открывает захватывающие перспективы для развития передовых технологий.
Особенность Янус‑материалов заключается в их уникальной структуре, вдохновлённой образом двуликого римского бога. В отличие от обычных полупроводников, эти кристаллы имеют асимметричное строение: их верхний и нижний атомные слои состоят из разных химических элементов. Такой дисбаланс создаёт внутреннюю полярность, делая материал необычайно чувствительным к внешним воздействиям — будь то свет, электрическое поле или механические силы.
В ходе экспериментов учёные использовали лазерное излучение различных спектров, исследуя реакцию двухслойного материала (селенида молибдена на дисульфиде молибдена) в процессе генерации второй гармоники (ГВГ). При этом явлении материал испускает свет с частотой, вдвое превышающей исходную. Исследователи заметили: когда частота падающего света совпадала с резонансными характеристиками материала, структура излучаемого света искажалась. Это служило явным признаком того, что атомы внутри кристалла смещаются под действием света.
Визуально этот процесс можно представить так: в обычных условиях кристаллическая решётка имеет гексагональную форму, напоминающую шестилепестковый цветок. Однако под воздействием световых лучей симметрия нарушается — «лепестки» узора деформируются неравномерно. Именно такое искажение позволило учёным связать наблюдаемый эффект с оптострикцией — механическим воздействием электромагнитного поля света на атомы.
Ключевое преимущество Янус‑материалов состоит в их неоднородном составе, который усиливает межслойные взаимодействия. Благодаря этому даже слабое световое воздействие, едва уловимое прямыми измерениями, можно зафиксировать по изменениям в сигнале второй гармоники. Эта исключительная чувствительность открывает путь к созданию принципиально новых оптических устройств.
По мнению экспертов, подобные материалы могут стать основой для фотонных чипов нового поколения. В отличие от традиционных электронных схем, такие устройства будут оперировать светом, а не электричеством, что радикально повысит их энергоэффективность. Перспективы применения простираются от сверхчувствительных детекторов до квантовых источников света — технологий, где информация передаётся и обрабатывается посредством фотонов.
Таким образом, открытие демонстрирует: свет действительно способен управлять атомами в двумерных полупроводниках. Это прокладывает дорогу к созданию настраиваемых светочувствительных материалов, которые могут совершить революцию в вычислительной технике и сенсорных технологиях, позволяя управлять процессами на уровне отдельных фотонов.