Optika komunikada bendo, ultra-maldika optika resonatoro
Optikaj resonatoroj povas lokalizi specifajn ondolongojn de lumondoj en limigita spaco, kaj havas gravajn aplikojn en lum-materia interagado.optika komunikado, optika sensado, kaj optika integriĝo. La grandeco de la resonatoro ĉefe dependas de la materialaj karakterizaĵoj kaj la funkcianta ondolongo, ekzemple, siliciaj resonatoroj funkciantaj en la proksima infraruĝa bendo kutime postulas optikajn strukturojn de centoj da nanometroj kaj pli. En la lastaj jaroj, ultra-maldikaj ebenaj optikaj resonatoroj altiris multan atenton pro siaj eblaj aplikoj en struktura koloro, holografia bildigo, lumkampa reguligo kaj optoelektronikaj aparatoj. Kiel redukti la dikecon de ebenaj resonatoroj estas unu el la malfacilaj problemoj, kiujn alfrontas esploristoj.
Malsame ol tradiciaj duonkonduktaĵaj materialoj, 3D topologiaj izoliloj (kiel bismuta telurido, antimona telurido, bismuta selenido, ktp.) estas novaj informaj materialoj kun topologie protektitaj metalaj surfacaj statoj kaj izolaj statoj. La surfaca stato estas protektita per la simetrio de tempa inversio, kaj ĝiaj elektronoj ne estas disigitaj de nemagnetaj malpuraĵoj, kio havas gravajn aplikajn perspektivojn en malalt-energia kvantuma komputado kaj spintronaj aparatoj. Samtempe, topologiaj izoliloj ankaŭ montras bonegajn optikajn ecojn, kiel altan refraktan indicon, grandan nelinearan...optikakoeficiento, larĝa laborspektra gamo, agordebleco, facila integriĝo, ktp., kiu provizas novan platformon por la realigo de lumreguligo kajoptoelektronikaj aparatoj.
Esplorteamo en Ĉinio proponis metodon por fabrikado de ultra-maldikaj optikaj resonatoroj uzante grand-areajn kreskantajn bismutajn teluridajn topologiajn izolajn nanofilmojn. La optika kavaĵo montras evidentajn resonancajn sorbajn karakterizaĵojn en la proksima infraruĝa bendo. Bismuta telurido havas tre altan refraktan indicon de pli ol 6 en la optika komunikada bendo (pli alta ol la refrakta indico de tradiciaj alt-refraktaj indicaj materialoj kiel silicio kaj germaniumo), tiel ke la dikeco de la optika kavaĵo povas atingi unu-dudekonon de la resonanca ondolongo. Samtempe, la optika resonatoro estas deponita sur unu-dimensia fotonika kristalo, kaj nova elektromagnete induktita travidebleca efiko estas observata en la optika komunikada bendo, kiu ŝuldiĝas al la kuplado de la resonatoro kun la Tamm-plasmono kaj ĝia detrua interfero. La spektra respondo de ĉi tiu efiko dependas de la dikeco de la optika resonatoro kaj estas fortika al ŝanĝo de la ĉirkaŭa refrakta indico. Ĉi tiu laboro malfermas novan vojon por la realigo de ultra-maldikaj optikaj kavaĵoj, topologia izola materiala spektra reguligo kaj optoelektronikaj aparatoj.
Kiel montrite en FIG. 1a kaj 1b, la optika resonilo konsistas ĉefe el topologia izolilo el bismuta telurido kaj arĝentaj nanofilmoj. La bismutaj teluridaj nanofilmoj preparitaj per magnetrona ŝprucado havas grandan areon kaj bonan platecon. Kiam la dikeco de la bismutaj teluridaj kaj arĝentaj filmoj estas 42 nm kaj 30 nm, respektive, la optika kavaĵo montras fortan resonancan absorbon en la bendo de 1100~1800 nm (Figuro 1c). Kiam la esploristoj integris ĉi tiun optikan kavaĵon sur fotonikan kristalon faritan el alternaj stakoj de tavoloj de Ta2O5 (182 nm) kaj SiO2 (260 nm) (Figuro 1e), klara absorba valo (Figuro 1f) aperis proksime al la originala resonanca absorba pinto (~1550 nm), kiu similas al la elektromagnete induktita travidebleca efiko produktita de atomsistemoj.
La bismuta telurida materialo estis karakterizita per transmisia elektrona mikroskopio kaj elipsometrio. FIG. 2a-2c montras transmisiajn elektronajn mikrografojn (alt-rezoluciajn bildojn) kaj elektitajn elektronajn difraktajn ŝablonojn de bismutaj teluridaj nanofilmoj. Oni povas vidi el la figuro, ke la preparitaj bismutaj teluridaj nanofilmoj estas polikristalaj materialoj, kaj la ĉefa kreskorientiĝo estas la kristala ebeno (015). Figuro 2d-2f montras la kompleksan refraktan indicon de bismuta telurido mezurita per elipsometro kaj la alĝustigitan surfacan staton kaj staton kompleksan refraktan indicon. La rezultoj montras, ke la ekstinga koeficiento de la surfaca stato estas pli granda ol la refrakta indico en la intervalo de 230~1930 nm, montrante metal-similajn karakterizaĵojn. La refrakta indico de la korpo estas pli ol 6 kiam la ondolongo estas pli granda ol 1385 nm, kio estas multe pli alta ol tiu de silicio, germaniumo kaj aliaj tradiciaj alt-refraktaj indicaj materialoj en ĉi tiu bendo, kio metas fundamenton por la preparado de ultra-maldikaj optikaj resonatoroj. La esploristoj atentigas, ke ĉi tio estas la unua raportita realigo de topologia izolilo ebena optika kavaĵo kun dikeco de nur dekoj da nanometroj en la optika komunikada bendo. Poste, la absorba spektro kaj resonanca ondolongo de la ultra-maldika optika kavaĵo estis mezuritaj per la dikeco de bismuta telurido. Fine, la efiko de la dikeco de arĝenta filmo sur elektromagnete induktitaj travideblecaj spektroj en bismuta telurida nanokavaĵo/fotonaj kristalaj strukturoj estas esplorata.
Per preparado de grand-areaj plataj maldikaj filmoj el bismutaj teluridaj topologiaj izoliloj, kaj utiligante la ultra-altan refraktan indicon de bismutaj teluridaj materialoj en la proksima infraruĝa bendo, oni akiras ebenan optikan kavaĵon kun dikeco de nur dekoj da nanometroj. La ultra-maldika optika kavaĵo povas realigi efikan resonancan lum-absorbon en la proksima infraruĝa bendo, kaj havas gravan aplikan valoron en la disvolviĝo de optoelektronikaj aparatoj en la optika komunikada bendo. La dikeco de la bismuta telurida optika kavaĵo estas lineara al la resonanca ondolongo, kaj estas pli malgranda ol tiu de similaj optikaj kavaĵoj el silicio kaj germaniumo. Samtempe, la bismuta telurida optika kavaĵo estas integrita kun fotonika kristalo por atingi la anomalian optikan efikon similan al la elektromagnete induktita travidebleco de atomsistemo, kiu provizas novan metodon por la spektra reguligo de mikrostrukturo. Ĉi tiu studo ludas certan rolon en la antaŭenigo de la esplorado pri topologiaj izoliloj en lum-reguligo kaj optikaj funkciaj aparatoj.
Afiŝtempo: 30-a de septembro 2024