Des chercheurs de l'Université Rice ont découvert que la lumière laser peut déplacer physiquement les atomes dans certains semi-conducteurs bidimensionnels appelés dichalcogénures de métaux de transition Janus (TMD). Cet effet d'optostriction, observé à travers des changements dans les motifs de génération du second harmonique, met en évidence l'asymétrie des matériaux et leur potentiel pour des technologies optiques avancées. Cette découverte pourrait permettre des puces photoniques plus rapides et des capteurs sensibles.
Dans une étude publiée dans ACS Nano le 14 novembre 2025, des scientifiques de l'Université Rice ont démontré comment la lumière peut générer des forces mécaniques dans des matériaux TMD Janus ultra-fins, provoquant des déplacements du réseau atomique. Ces matériaux, nommés d'après le dieu romain Janus à deux visages, présentent des structures asymétriques avec des éléments chimiques différents dans leurs couches supérieure et inférieure, comme le sélénure de molybdène et de soufre empilé sur le disulfure de molybdène.
L'équipe, dirigée par Shengxi Huang, professeure associée en génie électrique et informatique, a utilisé des faisceaux laser de diverses couleurs pour sonder la réponse du matériau. Ils se sont concentrés sur la génération du second harmonique (SHG), où le matériau émet de la lumière à deux fois la fréquence incidente. Lorsque le laser correspondait aux résonances du matériau, le motif SHG typique en 'fleur' à six pointes se déformait, indiquant un mouvement atomique.
"Nous avons découvert que l'illumination du sélénure de molybdène et de soufre Janus et du disulfure de molybdène crée de minuscules forces directionnelles à l'intérieur du matériau, qui se manifestent par des changements dans son motif SHG", a déclaré Kunyan Zhang, ancienne doctorante de Rice et auteure principale. "Normalement, le signal SHG forme une forme de 'fleur' à six pointes qui reflète la symétrie du cristal. Mais lorsque la lumière pousse sur les atomes, cette symétrie se brise—les pétales du motif se rétrécissent de manière inégale."
Ce phénomène, appelé optostriction, provient du champ électromagnétique de la lumière appliquant une force aux atomes, amplifiée par le fort couplage de couches dans les TMD Janus. "Les matériaux Janus sont idéaux pour cela car leur composition inégale crée un couplage renforcé entre les couches, ce qui les rend plus sensibles aux minuscules forces de la lumière", a expliqué Zhang.
Cette découverte ouvre la voie à des technologies basées sur la lumière qui pourraient surpasser les systèmes électriques en générant moins de chaleur. Les applications potentielles incluent des puces photoniques économes en énergie, des détecteurs ultrasensibles pour les vibrations ou la pression, et des sources de lumière ajustables pour les affichages et l'imagerie.
"Un tel contrôle actif pourrait aider à concevoir des puces photoniques de prochaine génération, des détecteurs ultrasensibles ou des sources de lumière quantique—des technologies qui utilisent la lumière pour transporter et traiter l'information au lieu de dépendre de l'électricité", a déclaré Huang.
Les TMD, composés de métaux de transition comme le molybdène et de chalcogènes comme le soufre ou le sélénium, sont appréciés pour leur conductivité, leur absorption de lumière et leur flexibilité dans les dispositifs de nouvelle génération. La recherche a été financée par la National Science Foundation, l'Air Force Office of Scientific Research et d'autres.