Medda ta' komunikazzjoni ottika, reżonatur ottiku ultra-rqiq

Medda ta' komunikazzjoni ottika, reżonatur ottiku ultra-rqiq
Ir-reżonaturi ottiċi jistgħu jillokalizzaw wavelengths speċifiċi ta' mewġ tad-dawl fi spazju limitat, u għandhom applikazzjonijiet importanti fl-interazzjoni bejn id-dawl u l-materja,komunikazzjoni ottika, sensing ottiku, u integrazzjoni ottika. Id-daqs tar-reżonatur jiddependi prinċipalment fuq il-karatteristiċi tal-materjal u t-tul tal-mewġa operattiv, pereżempju, ir-reżonaturi tas-silikon li joperaw fil-medda tal-infra-aħmar qrib ġeneralment jeħtieġu strutturi ottiċi ta' mijiet ta' nanometri u aktar. Fi snin reċenti, ir-reżonaturi ottiċi planari ultra-rqaq ġibdu ħafna attenzjoni minħabba l-applikazzjonijiet potenzjali tagħhom fil-kulur strutturali, l-immaġini olografiċi, ir-regolazzjoni tal-kamp tad-dawl u l-apparati optoelettroniċi. Kif titnaqqas il-ħxuna tar-reżonaturi planari hija waħda mill-problemi diffiċli li jiffaċċjaw ir-riċerkaturi.
Differenti mill-materjali semikondutturi tradizzjonali, l-iżolaturi topoloġiċi 3D (bħal tellurur tal-biżmut, tellurur tal-antimonju, selenur tal-biżmut, eċċ.) huma materjali ta' informazzjoni ġodda bi stati tal-wiċċ tal-metall u stati iżolanti protetti topoloġikament. L-istat tal-wiċċ huwa protett mis-simetrija tal-inverżjoni tal-ħin, u l-elettroni tiegħu mhumiex imxerrda minn impuritajiet mhux manjetiċi, li għandu prospetti ta' applikazzjoni importanti fil-kompjuters kwantistiċi ta' enerġija baxxa u apparati spintroniċi. Fl-istess ħin, il-materjali iżolanti topoloġiċi juru wkoll proprjetajiet ottiċi eċċellenti, bħal indiċi ta' rifrazzjoni għoli, preċiżjoni għolja mhux lineari, u preċiżjoni għolja mhux lineari.ottikukoeffiċjent, firxa wiesgħa ta' spettru tax-xogħol, sintonizzabbiltà, integrazzjoni faċli, eċċ., li jipprovdi pjattaforma ġdida għar-realizzazzjoni tar-regolazzjoni tad-dawl uapparati optoelettroniċi.
Tim ta' riċerka fiċ-Ċina ppropona metodu għall-fabbrikazzjoni ta' reżonaturi ottiċi ultra-rqaq bl-użu ta' nanofilms iżolaturi topoloġiċi tat-tellurur tal-bismut li jikbru b'żona kbira. Il-kavità ottika turi karatteristiċi ovvji ta' assorbiment tar-reżonanza fil-medda tal-infra-aħmar qrib. It-tellurur tal-bismut għandu indiċi ta' rifrazzjoni għoli ħafna ta' aktar minn 6 fil-medda tal-komunikazzjoni ottika (ogħla mill-indiċi ta' rifrazzjoni ta' materjali tradizzjonali b'indiċi ta' rifrazzjoni għoli bħas-silikon u l-ġermanju), sabiex il-ħxuna tal-kavità ottika tista' tilħaq wieħed minn għoxrin tat-tul tal-mewġa tar-reżonanza. Fl-istess ħin, ir-reżonatur ottiku jiġi depożitat fuq kristall fotoniku unidimensjonali, u jiġi osservat effett ġdid ta' trasparenza indott elettromanjetikament fil-medda tal-komunikazzjoni ottika, li huwa dovut għall-akkoppjar tar-reżonatur mal-plasmon Tamm u l-interferenza distruttiva tiegħu. Ir-rispons spettrali ta' dan l-effett jiddependi fuq il-ħxuna tar-reżonatur ottiku u huwa robust għall-bidla tal-indiċi ta' rifrazzjoni ambjentali. Dan ix-xogħol jiftaħ mod ġdid għar-realizzazzjoni ta' kavità ottika ultra-rqiqa, regolazzjoni tal-ispettru tal-materjal iżolatur topoloġiku u apparati optoelettroniċi.
Kif muri fil-FIG. 1a u 1b, ir-reżonatur ottiku huwa magħmul prinċipalment minn iżolatur topoloġiku tat-tellurur tal-bismut u nanofilms tal-fidda. In-nanofilms tat-tellurur tal-bismut ippreparati permezz ta' sputtering bil-manjetron għandhom erja kbira u ċattità tajba. Meta l-ħxuna tal-films tat-tellurur tal-bismut u tal-fidda hija ta' 42 nm u 30 nm, rispettivament, il-kavità ottika turi assorbiment qawwi ta' reżonanza fil-medda ta' 1100~1800 nm (Figura 1c). Meta r-riċerkaturi integraw din il-kavità ottika fuq kristall fotoniku magħmul minn munzelli alternanti ta' saffi ta' Ta2O5 (182 nm) u SiO2 (260 nm) (Figura 1e), deher wied ta' assorbiment distint (Figura 1f) ħdejn il-quċċata oriġinali ta' assorbiment reżonanti (~1550 nm), li huwa simili għall-effett ta' trasparenza indott elettromanjetikament prodott minn sistemi atomiċi.

Il-materjal tat-tellurur tal-bismut ġie kkaratterizzat permezz ta' mikroskopija elettronika ta' trasmissjoni u ellissometrija. Il-FIGURA 2a-2c turi mikrografi elettroniċi ta' trasmissjoni (immaġini b'riżoluzzjoni għolja) u mudelli magħżula ta' diffrazzjoni tal-elettroni ta' nanofilms tat-tellurur tal-bismut. Mill-figura jidher li n-nanofilms tat-tellurur tal-bismut ippreparati huma materjali polikristallini, u l-orjentazzjoni ewlenija tat-tkabbir hija l-pjan kristallin (015). Il-Figura 2d-2f turi l-indiċi refrattiv kumpless tat-tellurur tal-bismut imkejjel bl-ellissometru u l-istat tal-wiċċ imwaħħal u l-indiċi refrattiv kumpless tal-istat. Ir-riżultati juru li l-koeffiċjent tal-estinzjoni tal-istat tal-wiċċ huwa akbar mill-indiċi refrattiv fil-medda ta' 230~1930 nm, li juri karatteristiċi simili għall-metall. L-indiċi refrattiv tal-ġisem huwa aktar minn 6 meta t-tul tal-mewġa jkun akbar minn 1385 nm, li huwa ħafna ogħla minn dak tas-silikon, il-ġermanju u materjali tradizzjonali oħra b'indiċi refrattiv għoli f'din il-medda, li jistabbilixxi l-pedament għall-preparazzjoni ta' reżonaturi ottiċi ultra-rqaq. Ir-riċerkaturi jindikaw li din hija l-ewwel realizzazzjoni rrappurtata ta' kavità ottika planari ta' iżolatur topoloġiku bi ħxuna ta' għexieren ta' nanometri biss fil-medda ta' komunikazzjoni ottika. Sussegwentement, l-ispettru tal-assorbiment u t-tul tal-mewġa tar-reżonanza tal-kavità ottika ultra-rqiqa tkejlu bil-ħxuna tat-tellurur tal-bismut. Fl-aħħarnett, l-effett tal-ħxuna tal-film tal-fidda fuq l-ispettri tat-trasparenza indotti elettromanjetikament fi strutturi tan-nanokavità/kristalli fotoniċi tat-tellurur tal-bismut huwa investigat.

Billi jiġu ppreparati films irqaq ċatti ta' erja kbira ta' iżolaturi topoloġiċi tat-tellurur tal-bismut, u billi jittieħed vantaġġ mill-indiċi refrattiv ultra-għoli tal-materjali tat-tellurur tal-bismut fil-medda tal-infra-aħmar qrib, tinkiseb kavità ottika planari bi ħxuna ta' għexieren ta' nanometri biss. Il-kavità ottika ultra-rqiqa tista' tirrealizza assorbiment effiċjenti tad-dawl reżonanti fil-medda tal-infra-aħmar qrib, u għandha valur ta' applikazzjoni importanti fl-iżvilupp ta' apparati optoelettroniċi fil-medda tal-komunikazzjoni ottika. Il-ħxuna tal-kavità ottika tat-tellurur tal-bismut hija lineari għat-tul tal-mewġa reżonanti, u hija iżgħar minn dik ta' kavità ottika simili tas-silikon u l-ġermanju. Fl-istess ħin, il-kavità ottika tat-tellurur tal-bismut hija integrata ma' kristall fotoniku biex jinkiseb l-effett ottiku anomalu simili għat-trasparenza indotta elettromanjetikament tas-sistema atomika, li jipprovdi metodu ġdid għar-regolazzjoni tal-ispettru tal-mikrostruttura. Dan l-istudju għandu ċertu rwol fil-promozzjoni tar-riċerka ta' materjali iżolaturi topoloġiċi fir-regolazzjoni tad-dawl u apparati funzjonali ottiċi.