Оптикалық байланыс жолағы, ультра жұқа оптикалық резонатор

Оптикалық байланыс жолағы, ультра жұқа оптикалық резонатор
Оптикалық резонаторлар жарық толқындарының белгілі бір толқын ұзындықтарын шектеулі кеңістікте локализациялай алады және жарық-материя өзара әрекеттесуінде маңызды қолданыстарға ие,оптикалық байланыс, оптикалық сенсор және оптикалық интеграция. Резонатордың өлшемі негізінен материалдың сипаттамаларына және жұмыс толқын ұзындығына байланысты, мысалы, жақын инфрақызыл диапазонда жұмыс істейтін кремний резонаторлары әдетте жүздеген нанометр және одан жоғары оптикалық құрылымдарды қажет етеді. Соңғы жылдары ультра жұқа жазық оптикалық резонаторлар құрылымдық түстерде, голографиялық бейнелеуде, жарық өрісін реттеуде және оптоэлектрондық құрылғыларда қолданылуына байланысты көп көңіл бөлді. Жазық резонаторлардың қалыңдығын қалай азайтуға болады - зерттеушілер кездесетін қиын мәселелердің бірі.
Дәстүрлі жартылай өткізгіш материалдардан айырмашылығы, 3D топологиялық оқшаулағыштар (мысалы, висмут теллуриді, сурьма теллуриді, висмут селениді және т.б.) топологиялық қорғалған металл бетінің күйлері мен оқшаулағыш күйлері бар жаңа ақпараттық материалдар болып табылады. Беттік күй уақыт инверсиясының симметриясымен қорғалған, ал оның электрондары магниттік емес қоспалармен шашырамайды, бұл төмен қуатты кванттық есептеулер мен спинтрондық құрылғыларда маңызды қолдану перспективаларына ие. Сонымен қатар, топологиялық оқшаулағыш материалдар жоғары сыну көрсеткіші, үлкен сызықтық емес сияқты тамаша оптикалық қасиеттерді де көрсетеді.оптикалықкоэффициент, кең жұмыс спектрінің диапазоны, реттелу, оңай интеграция және т.б., бұл жарықты реттеуді жүзеге асыру үшін жаңа платформа ұсынады жәнеоптоэлектрондық құрылғылар.
Қытайдағы зерттеу тобы үлкен аумақты өсіретін висмут теллуридінің топологиялық оқшаулағыш наноқабықшаларын пайдалану арқылы ультра жұқа оптикалық резонаторларды жасау әдісін ұсынды. Оптикалық қуыс жақын инфрақызыл диапазонда айқын резонанстық жұтылу сипаттамаларын көрсетеді. Висмут теллуридінің оптикалық байланыс жолағында сыну көрсеткіші 6-дан асады (кремний және германий сияқты дәстүрлі жоғары сыну көрсеткіші бар материалдардың сыну көрсеткішінен жоғары), сондықтан оптикалық қуыстың қалыңдығы резонанстық толқын ұзындығының жиырмадан біріне жетуі мүмкін. Сонымен қатар, оптикалық резонатор бір өлшемді фотондық кристалға орналастырылады және оптикалық байланыс жолағында жаңа электромагниттік индукцияланған мөлдірлік әсері байқалады, бұл резонатордың Тамм плазмонымен және оның деструктивті интерференциясымен байланысына байланысты. Бұл әсердің спектрлік реакциясы оптикалық резонатордың қалыңдығына байланысты және қоршаған ортаның сыну көрсеткішінің өзгеруіне берік. Бұл жұмыс ультра жұқа оптикалық қуысты, топологиялық оқшаулағыш материал спектрін реттеуді және оптоэлектрондық құрылғыларды жүзеге асырудың жаңа жолын ашады.
1a және 1b суреттерінде көрсетілгендей, оптикалық резонатор негізінен висмут теллуридінің топологиялық изоляторынан және күміс нанопленкаларынан тұрады. Магнетронды шашырату арқылы дайындалған висмут теллуридінің нанопленкалары үлкен аумаққа және жақсы жазықтыққа ие. Висмут теллуридінің және күміс пленкаларының қалыңдығы сәйкесінше 42 нм және 30 нм болғанда, оптикалық қуыс 1100 ~ 1800 нм жолағында күшті резонанстық жұтылуды көрсетеді (1c сурет). Зерттеушілер бұл оптикалық қуысты Ta2O5 (182 нм) және SiO2 (260 нм) қабаттарының кезектесіп жиналған стектерінен жасалған фотондық кристалға біріктірген кезде (1e сурет), бастапқы резонанстық жұтылу шыңының (~1550 нм) жанында айқын жұтылу алқабы пайда болды (1f сурет), бұл атомдық жүйелер тудыратын электромагниттік индукцияланған мөлдірлік әсеріне ұқсас.

Висмут теллурид материалы трансмиссиялық электронды микроскопия және эллипсометрия арқылы сипатталды. 2a-2c суретте висмут теллуридті нанопленкаларының трансмиссиялық электронды микрографтары (жоғары ажыратымдылықтағы кескіндер) және таңдалған электронды дифракциялық үлгілері көрсетілген. Суреттен дайындалған висмут теллуридті нанопленкалары поликристалды материалдар екенін және негізгі өсу бағыты (015) кристалдық жазықтық екенін көруге болады. 2d-2f суретінде эллипсометрмен және орнатылған беттік күймен және күйлік кешенді сыну көрсеткішімен өлшенген висмут теллуридінің кешенді сыну көрсеткіші көрсетілген. Нәтижелер беттік күйдің өшу коэффициенті 230~1930 нм диапазонындағы сыну көрсеткішінен үлкен екенін, металл тәрізді сипаттамаларды көрсететінін көрсетеді. Толқын ұзындығы 1385 нм-ден асқан кезде дененің сыну көрсеткіші 6-дан асады, бұл кремний, германий және осы диапазондағы басқа да дәстүрлі жоғары сыну көрсеткіші бар материалдарға қарағанда әлдеқайда жоғары, бұл ультра жұқа оптикалық резонаторларды дайындаудың негізін қалайды. Зерттеушілер бұл оптикалық байланыс диапазонында қалыңдығы ондаған нанометр болатын топологиялық оқшаулағыш жазық оптикалық қуыстың алғашқы іске асырылуы екенін атап өтті. Кейіннен висмут теллуридінің қалыңдығымен ультра жұқа оптикалық қуыстың жұтылу спектрі мен резонанстық толқын ұзындығы өлшенді. Соңында, күміс қабықшасының қалыңдығының висмут теллуридінің нанокуысты/фотонды кристалды құрылымдарындағы электромагниттік индукцияланған мөлдірлік спектрлеріне әсері зерттелді.

Висмут теллуридінің топологиялық изоляторларының үлкен аумақты жалпақ жұқа қабықшаларын дайындау және жақын инфрақызыл диапазондағы висмут теллуридінің материалдарының ультра жоғары сыну көрсеткішін пайдалану арқылы қалыңдығы ондаған нанометр болатын жазық оптикалық қуыс алынады. Ультра жұқа оптикалық қуыс жақын инфрақызыл диапазонда тиімді резонанстық жарық сіңіруді жүзеге асыра алады және оптикалық байланыс диапазонындағы оптоэлектрондық құрылғыларды әзірлеуде маңызды қолданбалы құндылыққа ие. Висмут теллуридінің оптикалық қуысының қалыңдығы резонанстық толқын ұзындығына сызықты және ұқсас кремний мен германий оптикалық қуысынан кішірек. Сонымен қатар, висмут теллуридінің оптикалық қуысы атом жүйесінің электромагниттік индукцияланған мөлдірлігіне ұқсас аномальды оптикалық әсерге қол жеткізу үшін фотондық кристаллмен біріктірілген, бұл микроқұрылымның спектрін реттеудің жаңа әдісін ұсынады. Бұл зерттеу жарықты реттеу және оптикалық функционалды құрылғылардағы топологиялық изолятор материалдарын зерттеуді ілгерілетуде белгілі бір рөл атқарады.