Forskare vid Rice University har upptäckt att laserljus kan fysiskt förskjuta atomer i vissa tvådimensionella halvledare som kallas Janus-övergångsmetall-dikalkogenider (TMD). Denna optostriktionseffekt, observerad genom förändringar i mönster för andra harmonisk generation, belyser materialens asymmetri och potential för avancerad optisk teknik. Upptäckten kan möjliggöra snabbare fotoniska chip och känsliga sensorer.
I en studie publicerad i ACS Nano den 14 november 2025 demonstrerade forskare vid Rice University hur ljus kan generera mekaniska krafter i ultratunna Janus-TMD-material, vilket orsakar förskjutningar i det atomära gallret. Dessa material, namngivna efter den tvåansiktade romerska guden Janus, har asymmetriska strukturer med olika kemiska element i sina övre och undre lager, såsom molybden svavel selenid staplat på molybdendisulfid.
Teamet, ledd av Shengxi Huang, associerad professor i elektro- och datorteknik, använde laserkäglor i olika färger för att undersöka materialets respons. De fokuserade på andra harmonisk generation (SHG), där materialet avger ljus vid dubbelt den inkommande frekvensen. När lasern matchade materialets resonanser förvrängdes det typiska sexuddiga 'blomm'-SHG-mönstret, vilket indikerade atomrörelse.
"Vi upptäckte att att lysa ljus på Janus molybden svavel selenid och molybdendisulfid skapar små, riktade krafter inuti materialet, som visar sig som förändringar i dess SHG-mönster", sa Kunyan Zhang, en Rice-doktorandexamen och huvudförfattare. "Normalt bildar SHG-signalen en sexuddig 'blomm'-form som speglar kristallens symmetri. Men när ljuset trycker på atomerna bryts denna symmetri—blommans kronblad krymper ojämnt."
Detta fenomen, kallat optostriktion, uppstår från ljusets elektromagnetiska fält som applicerar kraft på atomer, förstärkt av den starka lagerkopplingen i Janus-TMD. "Janus-material är idealiska för detta eftersom deras ojämna sammansättning skapar en förbättrad koppling mellan lagren, vilket gör dem mer känsliga för ljusets små krafter", förklarade Zhang.
Upptäckten öppnar dörrar till ljusbaserade teknologier som kan överträffa elektriska system genom att generera mindre värme. Potentiella tillämpningar inkluderar energieffektiva fotoniska chip, ultrasensitiva detektorer för vibrationer eller tryck, och justerbara ljus källor för skärmar och bildbehandling.
"En sådan aktiv kontroll kan hjälpa till att designa nästa generations fotoniska chip, ultrasensitiva detektorer eller kvantljuskällor—teknologier som använder ljus för att bära och bearbeta information istället för att förlita sig på elektricitet", sa Huang.
TMD, sammansatta av övergångsmetaller som molybden och kalkogener som svavel eller selen, är uppskattade för deras ledningsförmåga, ljusabsorbering och flexibilitet i nästa generations enheter. Forskningen finansierades av National Science Foundation, Air Force Office of Scientific Research och andra.