Аптычны дыяпазон сувязі, звыштонкі аптычны рэзанатар

Аптычны дыяпазон сувязі, звыштонкі аптычны рэзанатар
Аптычныя рэзанатары могуць лакалізаваць пэўныя даўжыні светлавых хваль у абмежаванай прасторы і маюць важнае прымяненне ва ўзаемадзеянні святла і рэчыва,аптычная сувязь, аптычнае зандзіраванне і аптычная інтэграцыя. Памер рэзанатара галоўным чынам залежыць ад характарыстык матэрыялу і рабочай даўжыні хвалі, напрыклад, крамянёвыя рэзанатары, якія працуюць у блізкім інфрачырвоным дыяпазоне, звычайна патрабуюць аптычных структур памерам у сотні нанаметраў і вышэй. У апошнія гады звыштонкія плоскія аптычныя рэзанатары прыцягнулі вялікую ўвагу з-за іх патэнцыйнага прымянення ў структурных колерах, галаграфічных малюнках, рэгуляванні светлавога поля і оптаэлектронных прыладах. Як паменшыць таўшчыню плоскіх рэзанатараў - адна са складаных праблем, з якімі сутыкаюцца даследчыкі.
У адрозненне ад традыцыйных паўправадніковых матэрыялаў, трохмерныя тапалагічныя ізалятары (такія як тэлурыд вісмута, тэлурыд сурмы, селенід вісмута і інш.) з'яўляюцца новымі інфармацыйнымі матэрыяламі з тапалагічна абароненымі станамі паверхні металу і станамі ізалятара. Павярхоўны стан абаронены сіметрыяй інверсіі часу, і яго электроны не рассейваюцца на немагнітных прымешках, што мае важныя перспектывы прымянення ў маламагутных квантавых вылічэннях і спінтронных прыладах. У той жа час тапалагічныя ізаляцыйныя матэрыялы таксама дэманструюць выдатныя аптычныя ўласцівасці, такія як высокі паказчык праламлення, вялікая нелінейнасцьаптычныкаэфіцыент, шырокі працоўны дыяпазон спектру, магчымасць рэгулявання, лёгкая інтэграцыя і г.д., што забяспечвае новую платформу для рэалізацыі рэгулявання святла іоптыка-электронныя прылады.
Даследчая група ў Кітаі прапанавала метад вырабу звыштонкіх аптычных рэзанатараў з выкарыстаннем нанаплёнак тапалагічнага ізалятара тэлурыду вісмута, якія растуць на вялікай плошчы. Аптычная паражніна паказвае відавочныя характарыстыкі рэзананснага паглынання ў блізкім інфрачырвоным дыяпазоне. Тэлурыд вісмута мае вельмі высокі паказчык праламлення больш за 6 у дыяпазоне аптычнай сувязі (вышэй, чым паказчык праламлення традыцыйных матэрыялаў з высокім паказчыкам праламлення, такіх як крэмній і германій), так што таўшчыня аптычнага рэзанара можа дасягаць адной дваццатай рэзананснай. даўжыня 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 разбуральнай інтэрферэнцыяй . Спектральная характарыстыка гэтага эфекту залежыць ад таўшчыні аптычнага рэзанатара і ўстойлівая да змены паказчыка праламлення навакольнага асяроддзя. Гэтая праца адкрывае новы шлях да рэалізацыі звыштонкіх аптычных рэзанатораў, рэгулявання спектру матэрыялу тапалагічнага ізалятара і оптаэлектронных прылад.
Як паказана на мал. 1а і 1б, аптычны рэзанатар у асноўным складаецца з тапалагічнага ізалятара тэлурыду вісмута і нанаплёнак срэбра. Нанаплёнкі тэлурыду вісмута, атрыманыя магнетронным распыленнем, маюць вялікую плошчу і добрую плоскасць. Калі таўшчыня плёнак тэлурыду вісмута і срэбра складае 42 нм і 30 нм адпаведна, аптычная поласць дэманструе моцнае рэзананснае паглынанне ў дыяпазоне 1100~1800 нм (малюнак 1c). Калі даследчыкі інтэгравалі гэту аптычную паражніну ў фатонны крышталь, які складаецца з чаргавання слаёў Ta2O5 (182 нм) і SiO2 (260 нм) (малюнак 1e), побач з першапачатковым рэзанансным пікам паглынання (~) з'явілася выразная даліна паглынання (малюнак 1f). 1550 нм), што падобна на эфект электрамагнітнай празрыстасці, які ствараецца атамнымі сістэмамі.

Тэлурыд вісмута быў ахарактарызаваны з дапамогай прасвечваючай электроннай мікраскапіі і эліпсаметрыі. ФІГ. 2a-2c паказаны трансмісійныя электронныя мікрафатаграфіі (выявы з высокім разрозненнем) і выбраныя карціны дыфракцыі электронаў нанаплёнак тэлурыду вісмута. З малюнка відаць, што падрыхтаваныя нанаплёнкі тэлурыду вісмута з'яўляюцца полікрышталічнымі матэрыяламі, і асноўная арыентацыя росту - плоскасць крышталя (015). На малюнках 2d-2f паказаны комплексны паказчык праламлення тэлурыду вісмута, вымераны эліпсаметрам, і падагнаны стан паверхні і стан комплекснага паказчыка праламлення. Вынікі паказваюць, што каэфіцыент экстинкции павярхоўнага стану большы за паказчык праламлення ў дыяпазоне 230~1930 нм, дэманструючы металападобныя характарыстыкі. Паказчык праламлення цела складае больш за 6, калі даўжыня хвалі перавышае 1385 нм, што значна вышэй, чым у крэмнію, германію і іншых традыцыйных матэрыялаў з высокім паказчыкам праламлення ў гэтай паласе, што закладвае аснову для падрыхтоўкі ультра -тонкія аптычныя рэзанатары. Даследчыкі адзначаюць, што гэта першая зарэгістраваная рэалізацыя тапалагічнага ізалятара плоскай аптычнай паражніны таўшчынёй усяго ў дзясяткі нанаметраў у дыяпазоне аптычнай сувязі. Пасля спектр паглынання і рэзанансная даўжыня хвалі звыштонкага аптычнага рэзанара былі вымераны з таўшчынёй тэлурыду вісмута. Нарэшце, даследаваны ўплыў таўшчыні плёнкі срэбра на электрамагнітна індукаваныя спектры празрыстасці ў структурах нанаполасці/фатонных крышталяў тэлурыду вісмута

Падрыхтоўваючы плоскія тонкія плёнкі тапалагічных ізалятараў тэлурыду вісмута вялікай плошчы і выкарыстоўваючы перавагі звышвысокага паказчыка праламлення матэрыялаў тэлурыду вісмута ў блізкім інфрачырвоным дыяпазоне, атрымліваецца плоская аптычная паражніна таўшчынёй усяго ў дзесяткі нанаметраў. Звыштонкая аптычная паражніна можа рэалізаваць эфектыўнае рэзананснае паглынанне святла ў блізкім інфрачырвоным дыяпазоне і мае важнае прымяненне ў распрацоўцы оптаэлектронных прылад у аптычным дыяпазоне сувязі. Таўшчыня аптычнага рэзанара з тэлурыду вісмута лінейна залежная ад рэзананснай даўжыні хвалі і меншая, чым у аналагічнага аптычнага рэзанара з крэмнію і германію. У той жа час аптычная паражніна тэлурыду вісмута аб'яднана з фатонным крышталем для дасягнення анамальнага аптычнага эфекту, падобнага да электрамагнітна індукаванай празрыстасці атамнай сістэмы, што забяспечвае новы метад рэгулявання спектру мікраструктуры. Гэта даследаванне адыгрывае пэўную ролю ў прасоўванні даследаванняў тапалагічных ізаляцыйных матэрыялаў у рэгуляванні святла і аптычных функцыянальных прыладах.