Аптычны дыяпазон сувязі, ультратонкі аптычны рэзанатар
Аптычныя рэзанатары могуць лакалізаваць пэўныя даўжыні хваль святла ў абмежаванай прасторы і маюць важнае прымяненне ва ўзаемадзеянні святла з рэчывам.аптычная сувязь, аптычнае датчыцтва і аптычная інтэграцыя. Памер рэзанатара ў асноўным залежыць ад характарыстык матэрыялу і працоўнай даўжыні хвалі, напрыклад, крэмніевыя рэзанатары, якія працуюць у блізкім інфрачырвоным дыяпазоне, звычайна патрабуюць аптычных структур у сотні нанаметраў і вышэй. У апошнія гады ультратонкія планарныя аптычныя рэзанатары прыцягнулі вялікую ўвагу дзякуючы іх патэнцыйнаму прымяненню ў структурным колеры, галаграфічнай візуалізацыі, рэгуляванні светлавога поля і оптаэлектронных прыладах. Як паменшыць таўшчыню планарных рэзанатараў - адна з складаных праблем, з якімі сутыкаюцца даследчыкі.
У адрозненне ад традыцыйных паўправадніковых матэрыялаў, трохмерныя тапалагічныя ізалятары (напрыклад, тэлурыд вісмута, тэлурыд сурмы, селенід вісмута і г.д.) з'яўляюцца новымі інфармацыйнымі матэрыяламі з тапалагічна абароненымі паверхневымі станамі металу і ізалятарнымі станамі. Павярхоўны стан абаронены сіметрыяй інверсіі часу, і яго электроны не рассейваюцца на немагнітных прымешках, што мае важныя перспектывы прымянення ў нізкаэнергетычных квантавых вылічэннях і спінтронных прыладах. У той жа час тапалагічныя ізалятарныя матэрыялы таксама дэманструюць выдатныя аптычныя ўласцівасці, такія як высокі паказчык праламлення, вялікая нелінейнасцьаптычныкаэфіцыент, шырокі дыяпазон працоўнага спектру, наладжвальнасць, лёгкая інтэграцыя і г.д., што забяспечвае новую платформу для рэалізацыі рэгулявання святла іоптаэлектронныя прылады.
Даследчая група ў Кітаі прапанавала метад вырабу ультратонкіх аптычных рэзанатараў з выкарыстаннем нанаплёнак тапалагічнага ізалятара на аснове тэлурыду вісмута вялікай плошчы. Аптычны рэзанатар дэманструе відавочныя характарыстыкі рэзананснага паглынання ў блізкім інфрачырвоным дыяпазоне. Тэлурыд вісмута мае вельмі высокі паказчык праламлення, больш за 6, у аптычнай паласе сувязі (вышэй, чым паказчык праламлення традыцыйных матэрыялаў з высокім паказчыкам праламлення, такіх як крэмній і германій), так што таўшчыня аптычнага рэзанатара можа дасягаць адной дваццатай рэзананснай даўжыні хвалі. У той жа час аптычны рэзанатар наносіцца на аднамерны фатонны крышталь, і ў аптычнай паласе сувязі назіраецца новы электрамагнітна індукаваны эфект празрыстасці, які абумоўлены сувяззю рэзанатара з плазмонам Тамма і яго дэструктыўнай інтэрферэнцыяй. Спектральная характарыстыка гэтага эфекту залежыць ад таўшчыні аптычнага рэзанатара і ўстойлівая да змены паказчыка праламлення навакольнага асяроддзя. Гэтая праца адкрывае новы шлях для рэалізацыі ультратонкага аптычнага рэзанатара, рэгулявання спектру тапалагічнага ізаляцыйнага матэрыялу і оптаэлектронных прылад.
Як паказана на мал. 1a і 1b, аптычны рэзанатар у асноўным складаецца з тапалагічнага ізалятара з тэлурыду вісмута і нанаплёнак срэбра. Нанаплёнкі з тэлурыду вісмута, атрыманыя шляхам магнетроннага распылення, маюць вялікую плошчу і добрую роўнасць. Пры таўшчыні плёнак тэлурыду вісмута і срэбра 42 нм і 30 нм адпаведна аптычны рэзанатар праяўляе моцнае рэзананснае паглынанне ў паласе 1100~1800 нм (малюнак 1c). Калі даследчыкі інтэгравалі гэты аптычны рэзанатар у фатонны крышталь, які складаецца з чаргуючыхся стосаў слаёў Ta2O5 (182 нм) і SiO2 (260 нм) (малюнак 1e), паблізу першапачатковага рэзананснага піка паглынання (~1550 нм) з'явілася выразная даліна паглынання (малюнак 1f), якая падобная на электрамагнітна індукаваны эфект празрыстасці, які ствараецца атамнымі сістэмамі.
Матэрыял тэлурыду вісмута быў ахарактарызаваны з дапамогай прасвечвальнай электроннай мікраскапіі і эліпсаметрыі. На мал. 2a-2c паказаны прасвечвальныя электронныя мікрафотаздымкі (выявы высокага разрознення) і выбраныя дыфрактограмы электронаў нанаплёнак тэлурыду вісмута. З малюнка відаць, што падрыхтаваныя нанаплёнкі тэлурыду вісмута з'яўляюцца полікрышталічнымі матэрыяламі, а асноўная арыентацыя росту - крышталічная плоскасць (015). На мал. 2d-2f паказаны комплексны паказчык праламлення тэлурыду вісмута, вымераны эліпсаметрам, і падагнаны паверхневы стан і комплексны паказчык праламлення стану. Вынікі паказваюць, што каэфіцыент паглынання паверхневага стану перавышае паказчык праламлення ў дыяпазоне 230~1930 нм, што дэманструе металападобныя характарыстыкі. Паказчык праламлення цела перавышае 6 пры даўжыні хвалі большай за 1385 нм, што значна вышэй, чым у крэмнію, германію і іншых традыцыйных матэрыялаў з высокім паказчыкам праламлення ў гэтым дыяпазоне, што закладвае аснову для стварэння ультратонкіх аптычных рэзанатараў. Даследчыкі адзначаюць, што гэта першая апісаная рэалізацыя планарнага аптычнага рэзанатара з тапалагічнага ізалятара таўшчынёй усяго ў дзесяткі нанаметраў у аптычным дыяпазоне сувязі. Пасля гэтага былі вымераны спектр паглынання і рэзанансная даўжыня хвалі ультратонкага аптычнага рэзанатара з таўшчынёй тэлурыду вісмута. Нарэшце, даследуецца ўплыў таўшчыні срэбнай плёнкі на спектры электрамагнітна індукаванай празрыстасці ў нанарэзанатары/фатонна-крышталічных структурах тэлурыду вісмута.
Шляхам падрыхтоўкі вялікай плошчы плоскіх тонкіх плёнак тапалагічных ізалятараў на аснове тэлурыду вісмута і выкарыстання звышвысокага паказчыка праламлення матэрыялаў на аснове тэлурыду вісмута ў блізкім інфрачырвоным дыяпазоне атрымліваецца плоскі аптычны рэзанатар таўшчынёй усяго ў дзясяткі нанаметраў. Ультратонкі аптычны рэзанатар дазваляе рэалізаваць эфектыўнае рэзананснае паглынанне святла ў блізкім інфрачырвоным дыяпазоне і мае важнае прымяненне ў распрацоўцы оптаэлектронных прылад у аптычным дыяпазоне сувязі. Таўшчыня аптычнага рэзанатара на аснове тэлурыду вісмута лінейная рэзананснай даўжыні хвалі і меншая, чым у падобных аптычных рэзанатараў на аснове крэмнію і германію. У той жа час аптычны рэзанатар на аснове тэлурыду вісмута інтэграваны з фатонным крышталем для дасягнення анамальнага аптычнага эфекту, падобнага на электрамагнітна індукаваную празрыстасць атамнай сістэмы, што забяспечвае новы метад рэгулявання спектру мікраструктуры. Гэта даследаванне адыгрывае пэўную ролю ў прасоўванні даследаванняў тапалагічных ізаляцыйных матэрыялаў у галіне рэгулявання святла і аптычных функцыянальных прылад.
Час публікацыі: 30 верасня 2024 г.