Band Cyfathrebu Optegol, cyseinydd optegol ultra-denau

Band Cyfathrebu Optegol, cyseinydd optegol ultra-denau
Gall cyseinyddion optegol leoleiddio tonfeddi penodol o donnau ysgafn mewn gofod cyfyngedig, a chael cymwysiadau pwysig mewn rhyngweithio mater ysgafn,Cyfathrebu Optegol, synhwyro optegol, ac integreiddio optegol. Mae maint y cyseinydd yn dibynnu'n bennaf ar y nodweddion materol a'r donfedd weithredol, er enghraifft, mae angen strwythurau optegol o gannoedd o nanometrau ac uwch i gyseinyddion silicon sy'n gweithredu yn y band is -goch agos. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae cyseinyddion optegol planar ultra-denau wedi denu llawer o sylw oherwydd eu cymwysiadau posibl mewn lliw strwythurol, delweddu holograffig, rheoleiddio maes ysgafn a dyfeisiau optoelectroneg. Mae sut i leihau trwch cyseinyddion planar yn un o'r problemau anodd y mae ymchwilwyr yn eu hwynebu.
Yn wahanol i ddeunyddiau lled -ddargludyddion traddodiadol, mae ynysyddion topolegol 3D (fel bismuth telluride, antimony telluride, bismuth selenide, ac ati) yn ddeunyddiau gwybodaeth newydd gyda chyflyrau arwyneb metel a ddiogelir yn dopolegol a gwladwriaethau ynysydd. Mae cyflwr yr wyneb yn cael ei amddiffyn gan gymesuredd gwrthdroad amser, ac nid yw ei electronau wedi'u gwasgaru gan amhureddau nad ydynt yn magnetig, sydd â rhagolygon cymwysiadau pwysig mewn cyfrifiadura cwantwm pŵer isel a dyfeisiau spintronig. Ar yr un pryd, mae deunyddiau ynysydd topolegol hefyd yn dangos priodweddau optegol rhagorol, megis mynegai plygiannol uchel, mawr aflinoloptegolcyfernod, ystod sbectrwm gweithio eang, tiwniadwyedd, integreiddio hawdd, ac ati, sy'n darparu llwyfan newydd ar gyfer gwireddu rheoleiddio golau adyfeisiau optoelectroneg.
Mae tîm ymchwil yn Tsieina wedi cynnig dull ar gyfer saernïo cyseinyddion optegol ultra-denau trwy ddefnyddio nanofilmiau ynysydd topolegol bismuth telluride sy'n tyfu ardal fawr. Mae'r ceudod optegol yn dangos nodweddion amsugno cyseiniant amlwg mewn band bron yn is -goch. Mae gan Bismuth Telluride fynegai plygiannol uchel iawn o fwy na 6 yn y band cyfathrebu optegol (yn uwch na mynegai plygiannol deunyddiau mynegai plygiannol uchel traddodiadol fel silicon a germaniwm), fel y gall y trwch ceudod optegol gyrraedd un ugeinfed o'r donfedd cyseiniant. Ar yr un pryd, mae'r cyseinydd optegol yn cael ei adneuo ar grisial ffotonig un dimensiwn, a gwelir effaith tryloywder newydd a achosir yn electromagnetig yn y band cyfathrebu optegol, sydd oherwydd cyplu'r cyseinydd gyda'r plasmon tamm a'i ymyrraeth ddinistriol. Mae ymateb sbectrol yr effaith hon yn dibynnu ar drwch y cyseinydd optegol ac mae'n gadarn i newid y mynegai plygiannol amgylchynol. Mae'r gwaith hwn yn agor ffordd newydd ar gyfer gwireddu ceudod optegol ultrathin, rheoleiddio sbectrwm deunydd ynysydd topolegol a dyfeisiau optoelectroneg.
Fel y dangosir yn ffig. 1a ac 1b, mae'r cyseinydd optegol yn cynnwys ynysydd topolegol bismuth telluride a nanofilmiau arian yn bennaf. Mae gan y nanofilmiau bismuth telluride a baratowyd gan sputtering magnetron ardal fawr a gwastadrwydd da. Pan fydd trwch y ffilmiau bismuth telluride ac arian yn 42 nm a 30 nm, yn y drefn honno, mae'r ceudod optegol yn arddangos amsugno cyseiniant cryf yn y band o 1100 ~ 1800 nm (Ffigur 1c). Pan integreiddiodd yr ymchwilwyr y ceudod optegol hwn ar grisial ffotonig wedi'i wneud o bentyrrau bob yn ail o haenau Ta2O5 (182 nm) a haenau SiO2 (260 nm) (Ffigur 1E), ymddangosodd dyffryn amsugno penodol (Ffigur 1F) ger y copa amsugno gwreiddiol (~ 1550 nm), a ~ 1550 nm), a oedd yn debyg i.

Nodweddwyd y deunydd bismuth telluride gan ficrosgopeg electron trawsyrru ac elipsometreg. Ffig. Mae 2A-2C yn dangos micrograffau electron trawsyrru (delweddau cydraniad uchel) a phatrymau diffreithiant electron dethol o nanofilmiau bismuth telluride. Gellir gweld o'r ffigur bod y nanofilmiau bismuth telluride parod yn ddeunyddiau polycrystalline, a'r prif gyfeiriadedd twf yw (015) grisial awyren. Mae Ffigur 2D-2F yn dangos mynegai plygiannol cymhleth bismuth telluride a fesurir gan elipsomedr a mynegai plygiannol cymhleth y wladwriaeth arwyneb a'r wladwriaeth. Mae'r canlyniadau'n dangos bod cyfernod difodiant cyflwr yr wyneb yn fwy na'r mynegai plygiannol yn yr ystod o 230 ~ 1930 nm, gan ddangos nodweddion tebyg i fetel. Mae mynegai plygiannol y corff yn fwy na 6 pan fydd y donfedd yn fwy na 1385 nm, sy'n llawer uwch na mynegai silicon, germaniwm a deunyddiau mynegai uchel-adnewyddiad traddodiadol eraill yn y band hwn, sy'n gosod sylfaen ar gyfer paratoi cyseinyddion optegol ultra-tenau. Mae'r ymchwilwyr yn tynnu sylw mai hwn yw'r sylweddoliad cyntaf o geudod optegol planar ynysydd topolegol gyda thrwch o ddim ond degau o nanometrau yn y band cyfathrebu optegol. Yn dilyn hynny, mesurwyd y sbectrwm amsugno a thonfedd cyseiniant y ceudod optegol ultra-denau gyda thrwch bismuth telluride. Yn olaf, ymchwilir i effaith trwch ffilm arian ar sbectra tryloywder a ysgogwyd yn electromagnetig yn bismuth telluride nanocavity/strwythurau grisial ffotonig

Trwy baratoi ardal fawr o ffilmiau tenau gwastad o ynysyddion topolegol bismuth telluride, a manteisio ar y mynegai plygiannol ultra-uchel o ddeunyddiau telluride bismuth mewn band is-goch bron, ceir ceudod optegol planar gyda thrwch o ddegau o nanometrau yn unig. Gall y ceudod optegol ultra-denau wireddu amsugno golau soniarus effeithlon yn y band is-goch bron, ac mae ganddo werth cymhwysiad pwysig yn natblygiad dyfeisiau optoelectroneg yn y band cyfathrebu optegol. Mae trwch ceudod optegol bismuth telluride yn llinol i'r donfedd soniarus, ac mae'n llai na thrwch ceudod optegol silicon a germaniwm tebyg. Ar yr un pryd, mae ceudod optegol bismuth telluride wedi'i integreiddio â grisial ffotonig i gyflawni'r effaith optegol anghyson yn debyg i dryloywder y system atomig a achosir yn electromagnetig, sy'n darparu dull newydd ar gyfer rheoleiddio sbectrwm microstrwythur. Mae'r astudiaeth hon yn chwarae rhan benodol wrth hyrwyddo ymchwil deunyddiau ynysydd topolegol mewn rheoleiddio ysgafn a dyfeisiau swyddogaethol optegol.