Brez komunikimi optik, rezonator optik ultra i hollë

Brez komunikimi optik, rezonator optik ultra i hollë
Rezonatorët optikë mund të lokalizojnë gjatësi vale specifike të valëve të dritës në një hapësirë ​​të kufizuar dhe të kenë aplikime të rëndësishme në ndërveprimin dritë-materies,komunikimi optik, sensori optik dhe integrimi optik. Madhësia e rezonatorit varet kryesisht nga karakteristikat e materialit dhe gjatësia e valës së funksionimit, për shembull, rezonatorët e silikonit që veprojnë në brezin e afërt infra të kuqe zakonisht kërkojnë struktura optike prej qindra nanometrash dhe më lart. Vitet e fundit, rezonatorët optikë planarë ultra të hollë kanë tërhequr shumë vëmendje për shkak të aplikimeve të tyre të mundshme në ngjyrat strukturore, imazhet holografike, rregullimin e fushës së dritës dhe pajisjet optoelektronike. Si të zvogëlohet trashësia e rezonatorëve planarë është një nga problemet e vështira me të cilat përballen studiuesit.
Ndryshe nga materialet gjysmëpërçuese tradicionale, izoluesit topologjikë 3D (të tillë si teluridi i bismutit, teluridi i antimonit, selenidi i bismutit, etj.) janë materiale të reja informacioni me gjendje të sipërfaqes metalike të mbrojtur topologjikisht dhe gjendje izoluese. Gjendja e sipërfaqes mbrohet nga simetria e përmbysjes kohore dhe elektronet e saj nuk shpërndahen nga papastërtitë jomagnetike, gjë që ka perspektiva të rëndësishme aplikimi në llogaritjet kuantike me fuqi të ulët dhe pajisjet spintronike. Në të njëjtën kohë, materialet izoluese topologjike tregojnë gjithashtu veti të shkëlqyera optike, të tilla si indeksi i lartë i thyerjes, i madh jolinearoptikekoeficienti, diapazoni i gjerë i spektrit të punës, sintonizimi, integrimi i lehtë etj., i cili ofron një platformë të re për realizimin e rregullimit të dritës dhepajisje optoelektronike.
Një ekip kërkimor në Kinë ka propozuar një metodë për fabrikimin e rezonatorëve optikë ultra të hollë duke përdorur nanofilma izolues topologjik bismut telurid me sipërfaqe të madhe në rritje. Zgavra optike tregon karakteristika të dukshme të absorbimit të rezonancës në brezin afër infra të kuqe. Teluridi i bismutit ka një indeks thyes shumë të lartë prej më shumë se 6 në brezin e komunikimit optik (më i lartë se indeksi i thyerjes së materialeve tradicionale me indeks të lartë thyes si silikoni dhe germaniumi), kështu që trashësia e zgavrës optike mund të arrijë një të njëzetën e rezonancës gjatësia valore. Në të njëjtën kohë, rezonatori optik depozitohet në një kristal fotonik njëdimensional dhe në brezin e komunikimit optik vërehet një efekt i ri transparence i induktuar elektromagnetikisht, i cili është për shkak të bashkimit të rezonatorit me plazmonin Tamm dhe ndërhyrjes së tij shkatërruese. . Përgjigja spektrale e këtij efekti varet nga trashësia e rezonatorit optik dhe është e qëndrueshme ndaj ndryshimit të indeksit të thyerjes së ambientit. Kjo punë hap një rrugë të re për realizimin e zgavrës optike ultra të hollë, rregullimit të spektrit të materialit izolues topologjik dhe pajisjeve optoelektronike.
Siç tregohet në Fig. 1a dhe 1b, rezonatori optik përbëhet kryesisht nga një izolues topologjik telurid bismut dhe nanofilma argjendi. Nanofilmat e teluridit të bismutit të përgatitura nga spërkatja me magnetron kanë sipërfaqe të madhe dhe rrafshueshmëri të mirë. Kur trashësia e filmave të teluridit të bismutit dhe argjendit është respektivisht 42 nm dhe 30 nm, zgavra optike shfaq një përthithje të fortë të rezonancës në brezin prej 1100~1800 nm (Figura 1c). Kur studiuesit integruan këtë zgavër optike në një kristal fotonik të bërë nga pirgje të alternuara të shtresave Ta2O5 (182 nm) dhe SiO2 (260 nm) (Figura 1e), një luginë e veçantë absorbimi (Figura 1f) u shfaq pranë pikut origjinal të absorbimit rezonant (~ 1550 nm), i cili është i ngjashëm me efektin e transparencës të induktuar elektromagnetikisht të prodhuar nga sistemet atomike.

Materiali teluridi i bismutit u karakterizua nga mikroskopi elektronik transmetues dhe elipsometria. FIG. 2a-2c tregon mikrografë elektronike transmetuese (imazhe me rezolucion të lartë) dhe modele të përzgjedhura të difraksionit elektronik të nanofilmave telurid bismut. Nga figura mund të shihet se nanofilmat e përgatitur të teluridit të bismutit janë materiale polikristaline dhe orientimi kryesor i rritjes është rrafshi kristal (015). Figura 2d-2f tregon indeksin kompleks të thyerjes së teluridit të bismutit të matur me elipsometër dhe gjendjen e sipërfaqes së përshtatur dhe indeksin kompleks refraktiv të gjendjes. Rezultatet tregojnë se koeficienti i shuarjes së gjendjes së sipërfaqes është më i madh se indeksi i thyerjes në intervalin 230~1930 nm, duke treguar karakteristika të ngjashme me metalin. Indeksi i thyerjes së trupit është më shumë se 6 kur gjatësia e valës është më e madhe se 1385 nm, e cila është shumë më e lartë se ajo e silikonit, germaniumit dhe materialeve të tjera tradicionale me indeks të lartë thyes në këtë brez, gjë që hedh një bazë për përgatitjen e ultrazërit. -rezonatorë të hollë optikë. Studiuesit theksojnë se ky është realizimi i parë i raportuar i një zgavër optike planare izolatori topologjik me një trashësi prej vetëm dhjetëra nanometrash në brezin e komunikimit optik. Më pas, spektri i përthithjes dhe gjatësia e valës së rezonancës së zgavrës optike ultra të hollë u matën me trashësinë e teluridit të bismutit. Së fundi, është hetuar efekti i trashësisë së filmit të argjendit në spektrat e transparencës së induktuar elektromagnetikisht në nanokavitetin e bismut teluridit/strukturat kristalore fotonike

Duke përgatitur shtresa të hollë të rrafshët me sipërfaqe të madhe të izolatorëve topologjikë telurid bismut dhe duke përfituar nga indeksi i thyerjes ultra i lartë i materialeve teluride të Bismutit në brezin afër infra të kuqe, përftohet një zgavër optike planare me një trashësi vetëm dhjetëra nanometra. Zgavra optike ultra e hollë mund të realizojë thithjen efikase të dritës rezonante në brezin e afërt infra të kuqe dhe ka vlerë të rëndësishme aplikimi në zhvillimin e pajisjeve optoelektronike në brezin e komunikimit optik. Trashësia e zgavrës optike të teluridit të bismutit është lineare me gjatësinë e valës rezonante dhe është më e vogël se ajo e zgavrës optike të ngjashme me silikon dhe germanium. Në të njëjtën kohë, zgavra optike e teluridit të bismutit është e integruar me kristalin fotonik për të arritur efektin optik anomal të ngjashëm me transparencën e nxitur elektromagnetikisht të sistemit atomik, i cili ofron një metodë të re për rregullimin e spektrit të mikrostrukturës. Ky studim luan një rol të caktuar në promovimin e kërkimit të materialeve izoluese topologjike në rregullimin e dritës dhe pajisjet funksionale optike.