Band cyfathrebu optegol, cyseinydd optegol tra-denau

Band cyfathrebu optegol, cyseinydd optegol tra-denau
Gall cyseinyddion optegol leoleiddio tonfeddi penodol o donnau golau mewn gofod cyfyngedig, ac mae ganddynt gymwysiadau pwysig mewn rhyngweithio mater golau,cyfathrebu optegol, synhwyro optegol, ac integreiddio optegol. Mae maint y resonator yn bennaf yn dibynnu ar y nodweddion deunydd a'r donfedd gweithredu, er enghraifft, mae resonators silicon sy'n gweithredu yn y band isgoch agos fel arfer yn gofyn am strwythurau optegol o gannoedd o nanometrau ac uwch. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae atseinyddion optegol planar tenau 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 a wynebir gan ymchwilwyr.
Yn wahanol i ddeunyddiau lled-ddargludyddion traddodiadol, mae inswleiddwyr topolegol 3D (fel telluride bismuth, telluride antimoni, selenide bismuth, ac ati) yn ddeunyddiau gwybodaeth newydd gyda chyflyrau arwyneb metel a chyflyrau ynysydd a warchodir yn dopolegol. Mae'r cyflwr arwyneb yn cael ei ddiogelu gan gymesuredd gwrthdroad amser, ac nid yw ei electronau'n cael eu gwasgaru gan amhureddau anfagnetig, sydd â rhagolygon cymhwyso pwysig mewn cyfrifiaduron cwantwm pŵer isel a dyfeisiau spintronic. Ar yr un pryd, mae deunyddiau inswleiddiwr topolegol hefyd yn dangos priodweddau optegol rhagorol, megis mynegai plygiant uchel, aflinol mawroptegolcyfernod, ystod sbectrwm gweithio eang, tunability, 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 gwneuthuriad cyseinyddion optegol tra-denau trwy ddefnyddio nanofilms ynysydd topolegol bismuth sy'n tyfu bismuth. Mae'r ceudod optegol yn dangos nodweddion amsugno cyseiniant amlwg mewn band bron isgoch. Mae gan telluride bismuth fynegai plygiannol uchel iawn o fwy na 6 yn y band cyfathrebu optegol (yn uwch na'r mynegai plygiannol o ddeunyddiau mynegai plygiant uchel traddodiadol fel silicon a germaniwm), fel bod trwch y ceudod optegol yn gallu cyrraedd un rhan o ugeinfed o'r cyseiniant. tonfedd. Ar yr un pryd, mae'r resonator optegol yn cael ei adneuo ar grisial ffotonig un dimensiwn, a gwelir effaith dryloywder a achosir yn electromagnetig newydd yn y band cyfathrebu optegol, sydd i'w briodoli i gyplu'r cyseinydd â'r plasmon Tamm a'i ymyrraeth ddinistriol. . Mae ymateb sbectrol yr effaith hon yn dibynnu ar drwch y resonator optegol ac mae'n gadarn i newid y mynegai plygiant amgylchynol. Mae'r gwaith hwn yn agor ffordd newydd ar gyfer gwireddu ceudod optegol ultrathin, rheoleiddio sbectrwm deunydd ynysyddion topolegol a dyfeisiau optoelectroneg.
Fel y dangosir yn FIG. 1a ac 1b, mae'r cyseinydd optegol yn cynnwys ynysydd topolegol bismuth telluride a nanofilms arian yn bennaf. Mae gan y nanofilms telluride bismuth a baratowyd gan magnetron sputtering arwynebedd mawr a gwastadrwydd da. Pan fo trwch y ffilmiau bismuth telluride a 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 i grisial ffotonig wedi'i wneud o bentyrrau bob yn ail o haenau Ta2O5 (182 nm) a SiO2 (260 nm) (Ffigur 1e), ymddangosodd dyffryn amsugno amlwg (Ffigur 1f) ger y brig amsugno soniarus gwreiddiol (~ 1550 nm), sy'n debyg i'r effaith tryloywder a achosir yn electromagnetig a gynhyrchir gan systemau atomig.

Nodweddwyd y deunydd telluride bismuth gan ficrosgopeg electron trawsyrru ac elipsometreg. FFIG. Mae 2a-2c yn dangos micrograffau electronau trawsyrru (delweddau cydraniad uchel) a phatrymau diffreithiant electronau dethol o nanoffilmiau telewrid bismuth. Gellir gweld o'r ffigur bod y nanofilms telluride bismuth parod yn ddeunyddiau polycrystalline, a'r prif gyfeiriadedd twf yw (015) awyren grisial. Mae Ffigur 2d-2f yn dangos mynegai plygiannol cymhleth telluride bismuth wedi'i fesur gan ellipsomedr a'r mynegai plygiant cymhleth cyflwr arwyneb a chyflwr gosodedig. Mae'r canlyniadau'n dangos bod cyfernod difodiant y cyflwr arwyneb 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 fo'r donfedd yn fwy na 1385 nm, sy'n llawer uwch na silicon, germaniwm a deunyddiau mynegai plygiant uchel traddodiadol eraill yn y band hwn, sy'n gosod sylfaen ar gyfer paratoi ultra -cyseinyddion optegol tenau. Mae'r ymchwilwyr yn nodi mai dyma'r sylweddoliad cyntaf yr adroddwyd amdano o inswleiddiwr topolegol ceudod optegol planar gyda thrwch o ddim ond degau o nanometrau yn y band cyfathrebu optegol. Yn dilyn hynny, mesurwyd sbectrwm amsugno a thonfedd cyseiniant y ceudod optegol uwch-denau gyda thrwch telluride bismuth. Yn olaf, ymchwilir i effaith trwch ffilm arian ar sbectra tryloywder a achosir yn electromagnetig mewn strwythurau nano-gaeadedd bismuth telluride/grisial ffotonig.

Trwy baratoi ffilmiau tenau gwastad ardal fawr o ynysyddion topolegol bismuth telluride, a manteisio ar y mynegai plygiant uwch-uchel o ddeunyddiau telluride Bismuth mewn band isgoch agos, ceir ceudod optegol planar gyda thrwch o ddegau o nanometrau yn unig. Gall y ceudod optegol uwch-denau wireddu amsugno golau soniarus effeithlon yn y band isgoch agos, ac mae ganddo werth cymhwysiad pwysig wrth ddatblygu dyfeisiau optoelectroneg yn y band cyfathrebu optegol. Mae trwch y 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 afreolaidd tebyg i dryloywder 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 i ddeunyddiau inswleiddiwr topolegol mewn rheoleiddio golau a dyfeisiau swyddogaethol optegol.