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 kanë zbatime të rëndësishme në bashkëveprimin dritë-materie.komunikim optik, ndjeshmëria optike dhe integrimi optik. Madhësia e rezonatorit varet kryesisht nga karakteristikat e materialit dhe gjatësia e valës operative, për shembull, rezonatorët e silikonit që veprojnë në brezin e afërt infra të kuq zakonisht kërkojnë struktura optike prej qindra nanometrash e më shumë. Në vitet e fundit, rezonatorët optikë planarë ultra të hollë kanë tërhequr shumë vëmendje për shkak të aplikimeve të tyre të mundshme në ngjyrën strukturore, imazherinë holografike, rregullimin e fushës së dritës dhe pajisjet optoelektronike. Mënyra e reduktimit të trashësisë së rezonatorëve planarë është një nga problemet e vështira me të cilat përballen studiuesit.
Ndryshe nga materialet tradicionale gjysmëpërçuese, izolatorët topologjikë 3D (siç janë telluridi i bizmutit, telluridi i antimonit, selenuridi i bizmutit, etj.) janë materiale të reja informacioni me gjendje sipërfaqësore metalike dhe gjendje izolatori të mbrojtura topologjikisht. Gjendja sipërfaqësore mbrohet nga simetria e përmbysjes së kohës dhe elektronet e saj nuk shpërndahen nga papastërtitë jo-magnetike, gjë që ka perspektiva të rëndësishme aplikimi në informatikën kuantike me fuqi të ulët dhe pajisjet spintronike. Në të njëjtën kohë, materialet izoluese topologjike tregojnë gjithashtu veti të shkëlqyera optike, të tilla si indeks i lartë thyerjeje, frekuenca të mëdha jolineare.optikkoeficient, gamë të gjerë spektri pune, akordueshmëri, integrim të lehtë, etj., të cilat ofrojnë një platformë të re për realizimin e rregullimit të dritës dhepajisje optoelektronike.
Një ekip kërkimor në Kinë ka propozuar një metodë për prodhimin e rezonatorëve optikë ultra të hollë duke përdorur nanofilma izolatorësh topologjikë të telurit bizmuti me sipërfaqe të madhe. Zgavra optike tregon karakteristika të dukshme të absorbimit të rezonancës në brezin e afërt infra të kuq. Teluridi i bizmutit ka një indeks refraktiv shumë të lartë prej më shumë se 6 në brezin e komunikimit optik (më i lartë se indeksi refraktiv i materialeve tradicionale me indeks të lartë refraktiv si silici dhe germaniumi), kështu që trashësia e zgavrës optike mund të arrijë një të njëzetën e gjatësisë së valës rezonante. Në të njëjtën kohë, rezonatori optik depozitohet në një kristal fotonik njëdimensional, dhe një efekt i ri transparence i induktuar elektromagnetikisht vërehet në brezin e komunikimit optik, i cili është për shkak të çiftëzimit 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 refraktiv të 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 izolator topologjik i telurit të bizmutit dhe nanofilma argjendi. Nanofilmat e telurit të bizmutit të përgatitur me anë të spërkatjes magnetron kanë sipërfaqe të madhe dhe rrafshësi të mirë. Kur trashësia e filmave të telurit të bizmutit dhe argjendit është përkatësisht 42 nm dhe 30 nm, zgavra optike shfaq thithje të fortë rezonante në brezin 1100~1800 nm (Figura 1c). Kur studiuesit e integruan këtë zgavër optike në një kristal fotonik të bërë nga pirgje alternative të shtresave Ta2O5 (182 nm) dhe SiO2 (260 nm) (Figura 1e), një luginë e dallueshme thithjeje (Figura 1f) u shfaq pranë majës origjinale të thithjes rezonante (~1550 nm), e cila është e ngjashme me efektin e transparencës së induktuar elektromagnetikisht të prodhuar nga sistemet atomike.

Materiali i telurit të bizmutit u karakterizua me anë të mikroskopisë elektronike transmetuese dhe elipsometrisë. FIG. 2a-2c tregon mikroskopinë e elektroneve transmetuese (imazhe me rezolucion të lartë) dhe modelet e zgjedhura të difraksionit të elektroneve të nanofilmave të telurit të bizmutit. Nga figura mund të shihet se nanofilmat e përgatitur të telurit të bizmutit janë materiale polikristaline, dhe orientimi kryesor i rritjes është plani kristalor (015). Figura 2d-2f tregon indeksin refraktiv kompleks të telurit të bizmutit të matur me elipsometër dhe gjendjen sipërfaqësore të përshtatur dhe indeksin refraktiv kompleks të gjendjes. Rezultatet tregojnë se koeficienti i shuarjes së gjendjes sipërfaqësore është më i madh se indeksi refraktiv në diapazonin 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, që është shumë më e lartë se ajo e silicit, germaniumit dhe materialeve të tjera tradicionale me indeks të lartë thyerjeje në këtë brez, gjë që hedh themelet për përgatitjen e rezonatorëve optikë ultra të hollë. Studiuesit theksojnë se ky është realizimi i parë i raportuar i një zgavre optike planare të izolatorit topologjik me një trashësi prej vetëm dhjetëra nanometrash në brezin e komunikimit optik. Më pas, spektri i absorbimit dhe gjatësia e valës rezonante të zgavrës optike ultra të hollë u matën me trashësinë e telurit të bizmutit. Së fundmi, hetohet efekti i trashësisë së filmit të argjendit në spektrat e transparencës së induktuar elektromagnetikisht në strukturat kristalore të nanokaviteteve/fotonike të telurit të bizmutit.

Duke përgatitur filma të hollë të sheshtë me sipërfaqe të madhe të izolatorëve topologjikë të telurit të bizmutit dhe duke përfituar nga indeksi ultra i lartë i thyerjes së materialeve të telurit të bizmutit në brezin e afërt infra të kuq, merret një zgavër optike planare me një trashësi prej vetëm dhjetëra nanometrash. Zgavra optike ultra e hollë mund të realizojë thithje efikase të dritës rezonante në brezin e afërt infra të kuq dhe ka vlerë të rëndësishme aplikimi në zhvillimin e pajisjeve optoelektronike në brezin e komunikimit optik. Trashësia e zgavrës optike të telurit të bizmutit është lineare me gjatësinë e valës rezonante dhe është më e vogël se ajo e zgavrave optike të ngjashme të silikonit dhe germaniumit. Në të njëjtën kohë, zgavra optike e telurit të bizmutit është e integruar me kristalin fotonik për të arritur efektin optik anormal të ngjashëm me transparencën e induktuar 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.