Faxxa ta 'komunikazzjoni ottika, resonatur ottiku ultra-rqiq

Faxxa ta 'komunikazzjoni ottika, resonatur ottiku ultra-rqiq
Ir-reżonaturi ottiċi jistgħu jillokalizzaw wavelengths speċifiċi ta 'mewġ tad-dawl fi spazju limitat, u għandhom applikazzjonijiet importanti fl-interazzjoni tal-materja ħafifa,komunikazzjoni ottika, sensing ottiku, u integrazzjoni ottika. Id-daqs tar-resonator jiddependi prinċipalment fuq il-karatteristiċi tal-materjal u l-wavelength operattiv, pereżempju, reżonaturi tas-silikon li joperaw fil-medda infra-aħmar qrib normalment jeħtieġu strutturi ottiċi ta 'mijiet ta' nanometri u aktar. F'dawn l-aħħar snin, reżonaturi ottiċi planari ultra-rqaq ġibdu ħafna attenzjoni minħabba l-applikazzjonijiet potenzjali tagħhom fil-kulur strutturali, immaġini olografika, regolazzjoni tal-kamp tad-dawl u apparati optoelettroniċi. Kif titnaqqas il-ħxuna tar-reżonaturi planari hija waħda mill-problemi diffiċli li jiffaċċjaw ir-riċerkaturi.
Differenti minn materjali semikondutturi tradizzjonali, iżolaturi topoloġiċi 3D (bħal telluride tal-bismut, tellurur tal-antimonju, selenidu tal-bismut, eċċ.) Huma materjali ġodda ta 'informazzjoni bi stati tal-wiċċ tal-metall protetti topoloġikament u stati iżolaturi. 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 f'kompjuters quantum ta' enerġija baxxa u apparat spintronic. Fl-istess ħin, materjali iżolaturi topoloġiċi juru wkoll proprjetajiet ottiċi eċċellenti, bħal indiċi rifrattiv għoli, mhux lineari kbirottiċikoeffiċjent, firxa wiesgħa ta 'spettru tax-xogħol, tunability, integrazzjoni faċli, eċċ., Li tipprovdi pjattaforma ġdida għar-realizzazzjoni ta' regolazzjoni tad-dawl uapparat optoelettroniku.
Tim ta 'riċerka fiċ-Ċina ppropona metodu għall-fabbrikazzjoni ta' reżonaturi ottiċi ultra-rqaq bl-użu ta 'nanofilms iżolaturi topoloġiċi tal-bismut telluride ta' żona kbira li qed jikbru. Il-kavità ottika turi karatteristiċi ovvji ta 'assorbiment tar-reżonanza fil-faxxa infrared qrib. Bismut telluride għandu indiċi ta 'rifrazzjoni għoli ħafna ta' aktar minn 6 fil-faxxa ta 'komunikazzjoni ottika (ogħla mill-indiċi ta' rifrazzjoni ta 'materjali tradizzjonali ta' indiċi ta 'rifrazzjoni għolja bħal silikon u ġermanju), sabiex il-ħxuna tal-kavità ottika tista' tilħaq wieħed minn għoxrin tar-reżonanza wavelength. Fl-istess ħin, ir-resonatur ottiku huwa depożitat fuq kristall fotoniku ta 'dimensjoni waħda, u effett ta' trasparenza ġdid indott elettromanjetikament huwa osservat fil-medda ta 'komunikazzjoni ottika, li hija dovuta għall-akkoppjar tar-resonatur mal-plasmon Tamm u l-interferenza distruttiva tiegħu. . Ir-rispons spettrali ta 'dan l-effett jiddependi fuq il-ħxuna tar-resonatur ottiku u huwa robust għall-bidla ta' l-indiċi refrattiv ambjentali. Dan ix-xogħol jiftaħ mod ġdid għar-realizzazzjoni ta 'kavità ottika ultrathin, regolazzjoni tal-ispettru tal-materjal iżolatur topoloġiku u apparati optoelettroniċi.
Kif muri fil-FIG. 1a u 1b, ir-resonatur ottiku huwa magħmul prinċipalment minn iżolatur topoloġiku bismuth telluride u nanofilms tal-fidda. In-nanofilms tat-tellurur tal-bismut ippreparati permezz ta 'sputtering ta' magnetron għandhom erja kbira u flatness tajba. Meta l-ħxuna tal-films tal-bismut telluride u tal-fidda hija 42 nm u 30 nm, rispettivament, il-kavità ottika turi assorbiment ta 'reżonanza qawwija 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 distint ta 'assorbiment (Figura 1f) ħdejn il-quċċata ta' assorbiment reżonanti oriġinali (~ 1550 nm), li huwa simili għall-effett ta 'trasparenza elettromanjetikament indott prodott minn sistemi atomiċi.

Il-materjal tat-telluride tal-bismut kien ikkaratterizzat minn mikroskopija elettronika ta 'trasmissjoni u ellipsometrija. FIG. 2a-2c juri mikrografi ta 'elettroni ta' trażmissjoni (immaġini b'riżoluzzjoni għolja) u mudelli ta 'diffrazzjoni ta' elettroni magħżula ta 'nanofilms ta' telluride tal-bismut. Jista 'jidher mill-figura li n-nanofilms tat-telluride tal-bismut ippreparati huma materjali polikristallini, u l-orjentazzjoni ewlenija tat-tkabbir hija pjan tal-kristall (015). Figura 2d-2f turi l-indiċi refrattiv kumpless tat-telluride tal-bismut imkejjel b'ellipsometru u l-istat tal-wiċċ imwaħħal u l-indiċi refrattiv kumpless tal-istat. Ir-riżultati juru li l-koeffiċjent ta 'estinzjoni ta' l-istat tal-wiċċ huwa akbar mill-indiċi refrattiv fil-medda ta '230 ~ 1930 nm, li juri karatteristiċi bħal metall. L-indiċi refrattiv tal-ġisem huwa aktar minn 6 meta l-wavelength huwa akbar minn 1385 nm, li huwa ħafna ogħla minn dak tas-silikon, ġermanju u materjali oħra tradizzjonali ta 'indiċi ta' rifrazzjoni għolja f'din il-medda, li jistabbilixxi pedament għall-preparazzjoni ta 'ultra -reżonaturi ottiċi irqiq. Ir-riċerkaturi jindikaw li din hija l-ewwel realizzazzjoni rrappurtata ta 'kavità ottika planari ta' iżolatur topoloġiku bi ħxuna ta 'għexieren biss ta' nanometri fil-medda ta 'komunikazzjoni ottika. Sussegwentement, l-ispettru ta 'assorbiment u t-tul ta' mewġ tar-reżonanza tal-kavità ottika ultra-rqiqa ġew imkejla bil-ħxuna tat-telluride tal-bismut. Fl-aħħarnett, l-effett tal-ħxuna tal-film tal-fidda fuq spettri ta 'trasparenza indotti b'mod elettromanjetiku fi strutturi ta' nanokavità/kristall fotoniċi tat-tellurur tal-bismut huwa investigat

Billi tipprepara films irqaq ċatti ta 'żona kbira ta' iżolaturi topoloġiċi ta 'bismut telluride, u tieħu vantaġġ mill-indiċi ta' rifrazzjoni ultra-għoli ta 'materjali ta' tellurur ta 'Bismuth f'faxxa infrared 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-faxxa infra-aħmar qrib, u għandha valur ta' applikazzjoni importanti fl-iżvilupp ta 'apparati optoelettroniċi fil-medda ta' komunikazzjoni ottika. Il-ħxuna tal-kavità ottika tat-telluride tal-bismut hija lineari għall-wavelength reżonanti, u hija iżgħar minn dik ta 'kavità ottika simili tas-silikon u l-ġermanju. Fl-istess ħin, il-kavità ottika tal-bismut telluride hija integrata mal-kristall fotoniku biex jinkiseb l-effett ottiku anomalu simili għat-trasparenza elettromanjetikament indotta tas-sistema atomika, li tipprovdi metodu ġdid għar-regolamentazzjoni tal-ispettru tal-mikrostruttura. Dan l-istudju għandu ċertu rwol fil-promozzjoni tar-riċerka ta 'materjali iżolaturi topoloġiċi fir-regolamentazzjoni tad-dawl u apparati funzjonali ottiċi.