Optinio ryšio juosta, itin plonas optinis rezonatorius
Optiniai rezonatoriai gali lokalizuoti tam tikrus šviesos bangų ilgius ribotoje erdvėje ir turėti svarbių pritaikymų šviesos ir medžiagos sąveikai,optinis ryšys, optinis jutimas ir optinė integracija. Rezonatoriaus dydis daugiausia priklauso nuo medžiagos savybių ir veikimo bangos ilgio, pavyzdžiui, silicio rezonatoriams, veikiantiems artimojoje infraraudonųjų spindulių juostoje, paprastai reikia šimtų nanometrų ir daugiau optinių struktūrų. Pastaraisiais metais itin ploni plokštieji optiniai rezonatoriai sulaukė daug dėmesio dėl galimo jų pritaikymo struktūrinėms spalvoms, holografiniam vaizdavimui, šviesos lauko reguliavimui ir optoelektroniniams prietaisams. Kaip sumažinti plokštuminių rezonatorių storį yra viena iš sudėtingų problemų, su kuriomis susiduria mokslininkai.
Skirtingai nuo tradicinių puslaidininkinių medžiagų, 3D topologiniai izoliatoriai (tokie kaip bismuto teluridas, stibio teluridas, bismuto selenidas ir kt.) yra naujos informacinės medžiagos su topologiškai apsaugotomis metalo paviršiaus būsenomis ir izoliatoriaus būsenomis. Paviršiaus būsena yra apsaugota laiko inversijos simetrija, o jo elektronai nėra išsklaidyti nemagnetinių priemaišų, o tai turi svarbių pritaikymo perspektyvų mažos galios kvantiniuose skaičiavimuose ir spintroniniuose įrenginiuose. Tuo pačiu metu topologinės izoliacinės medžiagos taip pat pasižymi puikiomis optinėmis savybėmis, tokiomis kaip didelis lūžio rodiklis, didelis netiesinisoptiniskoeficientas, platus darbo spektro diapazonas, suderinamumas, lengvas integravimas ir kt., o tai suteikia naują platformą šviesos reguliavimo iroptoelektroniniai prietaisai.
Mokslininkų grupė Kinijoje pasiūlė itin plonų optinių rezonatorių gamybos metodą, naudojant dideliame plote augančias bismuto telūrido topologines izoliatorių nanoplėveles. Optinė ertmė rodo akivaizdžias rezonanso sugerties charakteristikas artimoje infraraudonųjų spindulių juostoje. Bismuto telurido lūžio rodiklis yra labai aukštas, didesnis nei 6 optinio ryšio juostoje (didesnis nei tradicinių didelio lūžio rodiklio medžiagų, tokių kaip silicis ir germanis), lūžio rodiklis, todėl optinės ertmės storis gali siekti vieną dvidešimtąją rezonanso. bangos ilgis. Tuo pačiu metu optinis rezonatorius nusodinamas ant vienmačio fotoninio kristalo, o optinio ryšio juostoje pastebimas naujas elektromagnetiniu būdu sukeltas skaidrumo efektas, atsirandantis dėl rezonatoriaus sujungimo su Tamm plazmonu ir jo destruktyvių trukdžių. . Šio efekto spektrinis atsakas priklauso nuo optinio rezonatoriaus storio ir yra tvirtas aplinkos lūžio rodiklio pokyčiams. Šis darbas atveria naują kelią itin plonų optinių ertmių, topologinės izoliacinės medžiagos spektro reguliavimo ir optoelektroninių prietaisų realizavimui.
Kaip parodyta Fig. 1a ir 1b, optinis rezonatorius daugiausia sudarytas iš bismuto telūrido topologinio izoliatoriaus ir sidabro nanoplėvelių. Bismuto telurido nanoplėvelės, paruoštos magnetroniniu purškimu, turi didelį plotą ir gerą plokštumą. Kai bismuto telūrido ir sidabro plėvelių storis yra atitinkamai 42 nm ir 30 nm, optinė ertmė pasižymi stipria rezonanso absorbcija 1100–1800 nm juostoje (1c pav.). Kai tyrėjai integravo šią optinę ertmę į fotoninį kristalą, sudarytą iš kintamų Ta2O5 (182 nm) ir SiO2 (260 nm) sluoksnių (1e pav.), šalia pradinės rezonansinės sugerties smailės atsirado aiškus sugerties slėnis (1f pav.) 1550 nm), kuris panašus į elektromagnetiniu būdu sukeltą skaidrumo efektą, kurį sukuria atominės sistemos.
Bismuto telūrido medžiaga buvo apibūdinta transmisijos elektronų mikroskopija ir elipsometrija. Fig. 2a-2c parodytos transmisijos elektronų mikrografijos (didelės skiriamosios gebos vaizdai) ir pasirinkti bismuto telūrido nanoplėvelių elektronų difrakcijos modeliai. Iš paveikslo matyti, kad paruoštos bismuto telūrido nanoplėvelės yra polikristalinės medžiagos, o pagrindinė augimo orientacija yra (015) kristalinė plokštuma. 2d-2f paveiksle parodytas kompleksinis bismuto telurido lūžio rodiklis, išmatuotas elipsometru, ir pritaikyto paviršiaus būsena bei būsenos kompleksinis lūžio rodiklis. Rezultatai rodo, kad paviršiaus būklės ekstinkcijos koeficientas yra didesnis nei lūžio rodiklis 230–1930 nm diapazone, o tai rodo metalines savybes. Kūno lūžio rodiklis yra didesnis nei 6, kai bangos ilgis yra didesnis nei 1385 nm, o tai yra daug didesnis nei silicio, germanio ir kitų tradicinių aukšto lūžio rodiklio medžiagų šioje juostoje, kuri yra pagrindas ultragarso paruošimui. - ploni optiniai rezonatoriai. Tyrėjai pažymi, kad tai yra pirmasis pranešimas apie topologinio izoliatoriaus plokštumos optinę ertmę, kurios storis yra tik dešimtys nanometrų optinio ryšio juostoje. Vėliau itin plonos optinės ertmės absorbcijos spektras ir rezonanso bangos ilgis buvo išmatuoti naudojant bismuto telurido storį. Galiausiai, ištirtas sidabro plėvelės storio poveikis elektromagnetiniu būdu sukeltam skaidrumo spektrui bismuto telūrido nanoertmės / fotoninių kristalų struktūrose.
Paruošus didelio ploto plokščias plonas bismuto telūrido topologinių izoliatorių plėveles ir pasinaudojus itin aukštu bismuto telurido medžiagų lūžio rodikliu artimoje infraraudonųjų spindulių juostoje, gaunama plokštuminė optinė ertmė, kurios storis siekia tik dešimtis nanometrų. Itin plona optinė ertmė gali realizuoti efektyvią rezonansinės šviesos sugertį artimoje infraraudonųjų spindulių juostoje ir turi svarbią taikymo vertę kuriant optoelektroninius įrenginius optinio ryšio juostoje. Bismuto telūrido optinės ertmės storis yra tiesinis rezonansinės bangos ilgiui ir yra mažesnis nei panašios silicio ir germanio optinės ertmės. Tuo pačiu metu bismuto telūrido optinė ertmė yra integruota su fotoniniu kristalu, kad būtų pasiektas anomalinis optinis efektas, panašus į elektromagnetiniu būdu sukeltą atominės sistemos skaidrumą, o tai suteikia naują metodą mikrostruktūros spektro reguliavimui. Šis tyrimas atlieka tam tikrą vaidmenį skatinant topologinių izoliacinių medžiagų tyrimus šviesos reguliavimo ir optiniuose funkciniuose įrenginiuose.
Paskelbimo laikas: 2024-09-30