Оптички комуникациски опсег, ултратенок оптички резонатор
Оптичките резонатори можат да локализираат специфични бранови должини на светлосни бранови во ограничен простор и имаат важна примена во интеракцијата светлина-материја,оптичка комуникација, оптичко сензорирање и оптичка интеграција. Големината на резонаторот главно зависи од карактеристиките на материјалот и работната бранова должина, на пример, силициумските резонатори што работат во блискиот инфрацрвен опсег обично бараат оптички структури од стотици нанометри и повеќе. Во последниве години, ултратенките планарни оптички резонатори привлекоа големо внимание поради нивните потенцијални примени во структурната боја, холографското снимање, регулацијата на светлосното поле и оптоелектронските уреди. Како да се намали дебелината на планарните резонатори е еден од тешките проблеми со кои се соочуваат истражувачите.
Различни од традиционалните полупроводнички материјали, 3D тополошките изолатори (како што се бизмут телурид, антимон телурид, бизмут селенид итн.) се нови информациски материјали со тополошки заштитени состојби на металната површина и состојби на изолаторот. Состојбата на површината е заштитена со симетријата на временската инверзија, а нејзините електрони не се расфрлани од немагнетни нечистотии, што има важни перспективи за примена во квантните сметачи со ниска моќност и спинтронските уреди. Во исто време, тополошките изолаторски материјали покажуваат и одлични оптички својства, како што се висок индекс на прекршување, големи нелинеарниоптичкикоефициент, широк опсег на работен спектар, подесување, лесна интеграција итн., што обезбедува нова платформа за реализација на регулирање на светлината иоптоелектронски уреди.
Истражувачки тим во Кина предложи метод за производство на ултратенки оптички резонатори со употреба на нанофилмови од тополошки изолатор од бизмут телурид со растечка површина. Оптичката празнина покажува очигледни карактеристики на резонантна апсорпција во блискиот инфрацрвен опсег. Бизмут телуридот има многу висок индекс на прекршување од повеќе од 6 во оптичкиот комуникациски опсег (повисок од индексот на прекршување на традиционалните материјали со висок индекс на прекршување како што се силициум и германиум), така што дебелината на оптичката празнина може да достигне една дваесеттина од резонантната бранова должина. Во исто време, оптичкиот резонатор се нанесува на еднодимензионален фотонски кристал, а во оптичкиот комуникациски опсег се забележува нов електромагнетно индуциран ефект на транспарентност, што се должи на спојувањето на резонаторот со Тамовиот плазмон и неговата деструктивна интерференција. Спектралниот одговор на овој ефект зависи од дебелината на оптичкиот резонатор и е отпорен на промената на амбиенталниот индекс на прекршување. Оваа работа отвора нов начин за реализација на ултратенки оптички празнини, регулирање на спектарот на тополошки изолаторски материјали и оптоелектронски уреди.
Како што е прикажано на Сл. 1а и 1б, оптичкиот резонатор е главно составен од тополошки изолатор од бизмут телурид и сребрени нанофилмови. Нанофилмовите од бизмут телурид подготвени со магнетронско распрскување имаат голема површина и добра рамност. Кога дебелината на бизмут телуридот и сребрените филмови е 42 nm и 30 nm, соодветно, оптичката празнина покажува силна резонантна апсорпција во опсегот од 1100~1800 nm (Слика 1в). Кога истражувачите ја интегрирале оваа оптичка празнина во фотонски кристал направен од наизменични купови од слоеви Ta2O5 (182 nm) и SiO2 (260 nm) (Слика 1е), се појавила посебна апсорпциона долина (Слика 1ф) во близина на оригиналниот резонантен апсорпционен врв (~1550 nm), што е слично на електромагнетно индуцираниот ефект на транспарентност произведен од атомски системи.
Материјалот од бизмут телурид беше карактеризиран со трансмисиона електронска микроскопија и елипсометрија. Сл. 2a-2c прикажува трансмисиони електронски микрографии (слики со висока резолуција) и избрани шеми на електронска дифракција на нанофилмови од бизмут телурид. Од сликата може да се види дека подготвените нанофилмови од бизмут телурид се поликристални материјали, а главната ориентација на раст е кристалната рамнина (015). Слика 2d-2f го прикажува комплексниот индекс на прекршување на бизмут телурид мерен со елипсометар и прилагодената површинска состојба и комплексниот индекс на прекршување. Резултатите покажуваат дека коефициентот на екстинкција на површинската состојба е поголем од индексот на прекршување во опсегот од 230~1930 nm, покажувајќи карактеристики слични на метал. Индексот на прекршување на телото е поголем од 6 кога брановата должина е поголема од 1385 nm, што е многу повисоко од оној на силициумот, германиумот и другите традиционални материјали со висок индекс на прекршување во овој опсег, што претставува основа за подготовка на ултратенки оптички резонатори. Истражувачите истакнуваат дека ова е првата пријавена реализација на тополошки изолаторски рамнински оптички шуплини со дебелина од само десетици нанометри во оптичкиот комуникациски опсег. Последователно, спектарот на апсорпција и резонантната бранова должина на ултратенкиот оптички шуплини беа измерени со дебелината на бизмут телурид. Конечно, се испитува ефектот на дебелината на сребрениот филм врз електромагнетно индуцираните спектри на транспарентност во наношуплини/фотонски кристални структури на бизмут телурид.
Со подготовка на рамни тенки филмови со голема површина од тополошки изолатори од бизмут телурид, и искористување на ултра-високиот индекс на прекршување на материјалите од бизмут телурид во близок инфрацрвен опсег, се добива рамна оптичка празнина со дебелина од само десетици нанометри. Ултра-тенката оптичка празнина може да оствари ефикасна апсорпција на резонантна светлина во близок инфрацрвен опсег и има важна применлива вредност во развојот на оптоелектронски уреди во оптичкиот комуникациски опсег. Дебелината на оптичката празнина од бизмут телурид е линеарна на резонантната бранова должина и е помала од онаа на слични оптички празнини од силициум и германиум. Во исто време, оптичката празнина од бизмут телурид е интегрирана со фотонски кристал за да се постигне аномален оптички ефект сличен на електромагнетно индуцираната транспарентност на атомскиот систем, што обезбедува нов метод за регулирање на спектарот на микроструктурата. Оваа студија игра одредена улога во промовирањето на истражувањето на тополошките изолаторски материјали во регулирањето на светлината и оптичките функционални уреди.
Време на објавување: 30 септември 2024 година