Investigadores de la Rice University han descubierto que la luz láser puede desplazar físicamente átomos en ciertos semiconductores bidimensionales llamados dic alcogenuros de metales de transición de Janus (TMD). Este efecto de optoestricción, observado a través de cambios en los patrones de generación de segundo armónico, resalta la asimetría de los materiales y su potencial para tecnologías ópticas avanzadas. El hallazgo podría permitir chips fotónicos más rápidos y sensores sensibles.
En un estudio publicado en ACS Nano el 14 de noviembre de 2025, científicos de la Rice University demostraron cómo la luz puede generar fuerzas mecánicas en materiales TMD de Janus ultradelgados, causando desplazamientos en la red atómica. Estos materiales, nombrados en honor al dios romano Janus de dos caras, presentan estructuras asimétricas con diferentes elementos químicos en sus capas superior e inferior, como seleniuro de molibdeno y azufre apilado sobre disulfuro de molibdeno.
El equipo, liderado por Shengxi Huang, profesora asociada de ingeniería eléctrica y de computadoras, utilizó haces láser de varios colores para sondar la respuesta del material. Se centraron en la generación de segundo armónico (SHG), donde el material emite luz al doble de la frecuencia entrante. Cuando el láser coincidía con las resonancias del material, el patrón SHG típico de 'flor' de seis puntas se distorsionaba, indicando movimiento atómico.
"Descubrimos que iluminar el seleniuro de molibdeno y azufre de Janus y el disulfuro de molibdeno crea fuerzas diminutas y direccionales dentro del material, que se manifiestan como cambios en su patrón SHG", dijo Kunyan Zhang, alumni doctoral de Rice y autora principal. "Normalmente, la señal SHG forma una forma de 'flor' de seis puntas que refleja la simetría del cristal. Pero cuando la luz empuja los átomos, esta simetría se rompe: los pétalos del patrón se encogen de manera desigual."
Este fenómeno, denominado optoestricción, surge del campo electromagnético de la luz que aplica fuerza a los átomos, amplificado por el fuerte acoplamiento de capas en los TMD de Janus. "Los materiales de Janus son ideales para esto porque su composición desigual crea un acoplamiento mejorado entre capas, lo que los hace más sensibles a las fuerzas diminutas de la luz", explicó Zhang.
El descubrimiento abre puertas a tecnologías basadas en luz que podrían superar a los sistemas eléctricos generando menos calor. Las aplicaciones potenciales incluyen chips fotónicos eficientes en energía, detectores ultrasensibles para vibraciones o presión, y fuentes de luz ajustables para pantallas e imágenes.
"Tal control activo podría ayudar a diseñar chips fotónicos de próxima generación, detectores ultrasensibles o fuentes de luz cuántica: tecnologías que usan luz para transportar y procesar información en lugar de depender de la electricidad", dijo Huang.
Los TMD, compuestos por metales de transición como molibdeno y calcógenos como azufre o selenio, son valorados por su conductividad, absorción de luz y flexibilidad en dispositivos de próxima generación. La investigación fue financiada por la National Science Foundation, la Air Force Office of Scientific Research y otros.