اكتشف باحثون في جامعة رايس أن ضوء الليزر يمكن أن يحرك الذرات جسديًا في بعض أشباه الموصلات ثنائية الأبعاد المعروفة باسم ديكالكوجينيدات المعادن الانتقالية جانوس (TMDs). هذا التأثير البصري الاستحلالي، الذي لوحظ من خلال التغييرات في أنماط توليد التوافق الثاني، يبرز عدم التماثل في المواد وإمكانياتها لتقنيات بصرية متقدمة. قد يمكن هذا الاكتشاف تمكين رقائق فوتونية أسرع وأجهزة استشعار حساسة.
في دراسة نُشرت في ACS Nano في 14 نوفمبر 2025، أظهر علماء في جامعة رايس كيف يمكن للضوء أن يولد قوى ميكانيكية في مواد TMD جانوس فائقة النحافة، مما يسبب تحولات في الشبكة الذرية. هذه المواد، المسماة على اسم إله جانوس الروماني ذي الوجهين، تتميز بهياكل غير متماثلة مع عناصر كيميائية مختلفة في الطبقات العلوية والسفلية، مثل سلينيد الموليبدينوم والكبريت المكدس على كبريتيد الموليبدينوم.
الفريق، بقيادة Shengxi Huang، أستاذة مشاركة في الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسوب، استخدم أشعة ليزر بألوان مختلفة لاستكشاف استجابة المادة. ركزوا على توليد التوافق الثاني (SHG)، حيث تصدر المادة ضوءًا بمرتين التردد الوارد. عندما تطابق الليزر رنين المادة، انحرف النمط SHG النموذجي لـ'زهرة' ذات ست نقاط، مما يشير إلى حركة ذرية.
"اكتشفنا أن إشعاع الضوء على سلينيد الموليبدينوم والكبريت جانوس وكبريتيد الموليبدينوم يخلق قوى صغيرة واتجاهية داخل المادة، والتي تظهر كتغييرات في نمط SHG الخاص بها"، قالت Kunyan Zhang، خريجة دكتوراه من رايس ومؤلفة رئيسية. "عادةً، تشكل إشارة SHG شكل 'زهرة' ذو ست نقاط يعكس تماثل البلورة. لكن عندما يدفع الضوء على الذرات، ينكسر هذا التماثل—تتقلص بتلات النمط بشكل غير متساوٍ."
هذه الظاهرة، المسماة بالاستحلال البصري، تنشأ من حقل الضوء الكهرومغناطيسي الذي يطبق قوة على الذرات، مكبرة بفضل الاقتران القوي بين الطبقات في TMD جانوس. "المواد جانوس مثالية لهذا لأن تركيبتها غير المتساوية تخلق اقترانًا محسنًا بين الطبقات، مما يجعلها أكثر حساسية للقوى الصغيرة للضوء"، شرحت Zhang.
يفتح هذا الاكتشاف أبوابًا لتقنيات تعتمد على الضوء التي يمكن أن تتفوق على الأنظمة الكهربائية بتوليد حرارة أقل. التطبيقات المحتملة تشمل رقائق فوتونية موفرة للطاقة، كاشفات فائقة الحساسية للاهتزازات أو الضغط، ومصادر ضوء قابلة للتعديل للشاشات والتصوير.
"يمكن أن يساعد مثل هذا التحكم النشط في تصميم رقائق فوتونية من الجيل التالي، أو كاشفات فائقة الحساسية أو مصادر ضوء كمومية—تقنيات تستخدم الضوء لنقل ومعالجة المعلومات بدلاً من الاعتماد على الكهرباء"، قال Huang.
TMDs، المكونة من معادن انتقالية مثل الموليبدينوم وكالكوجينات مثل الكبريت أو السلينيوم، مقدرة لتوصيليتها، امتصاص الضوء، ومرونتها في الأجهزة من الجيل التالي. تم تمويل البحث من قبل National Science Foundation، Air Force Office of Scientific Research، وآخرين.