Optik iletişim bandı, ultra ince optik rezonatör

Optik iletişim bandı, ultra ince optik rezonatör
Optik rezonatörler, sınırlı bir alanda ışık dalgalarının belirli dalga boylarını lokalize edebilir ve ışık-madde etkileşiminde önemli uygulamalara sahiptir.optik iletişim, optik algılama ve optik entegrasyon. Rezonatörün boyutu esas olarak malzeme özelliklerine ve çalışma dalga boyuna bağlıdır, örneğin, yakın kızılötesi bantta çalışan silikon rezonatörler genellikle yüzlerce nanometre ve üzeri optik yapılar gerektirir. Son yıllarda, ultra ince düzlemsel optik rezonatörler yapısal renk, holografik görüntüleme, ışık alanı düzenlemesi ve optoelektronik cihazlardaki potansiyel uygulamaları nedeniyle büyük ilgi görmüştür. Düzlemsel rezonatörlerin kalınlığının nasıl azaltılacağı araştırmacıların karşılaştığı zor problemlerden biridir.
Geleneksel yarı iletken malzemelerden farklı olarak, 3D topolojik yalıtkanlar (bizmut tellür, antimon tellür, bizmut selenid vb. gibi) topolojik olarak korunan metal yüzey durumları ve yalıtkan durumlara sahip yeni bilgi malzemeleridir. Yüzey durumu zaman inversiyonunun simetrisi ile korunur ve elektronları manyetik olmayan safsızlıklar tarafından dağıtılmaz, bu da düşük güçlü kuantum hesaplama ve spintronik cihazlarda önemli uygulama beklentilerine sahiptir. Aynı zamanda, topolojik yalıtkan malzemeler yüksek kırılma indisi, büyük doğrusal olmayanoptikkatsayı, geniş çalışma spektrumu aralığı, ayarlanabilirlik, kolay entegrasyon vb. gibi özellikler, ışık düzenlemesinin gerçekleştirilmesi için yeni bir platform sağlar veoptoelektronik cihazlar.
Çin'deki bir araştırma ekibi, büyük alanda büyüyen bizmut tellür topolojik yalıtkan nanofilmleri kullanarak ultra ince optik rezonatörlerin üretimi için bir yöntem önerdi. Optik boşluk, yakın kızılötesi bantta belirgin rezonans emilim özellikleri gösterir. Bizmut tellür, optik iletişim bandında 6'dan fazla olan çok yüksek bir kırılma indisine sahiptir (silisyum ve germanyum gibi geleneksel yüksek kırılma indisli malzemelerin kırılma indisinden daha yüksek), böylece optik boşluk kalınlığı rezonans dalga boyunun yirmide birine ulaşabilir. Aynı zamanda, optik rezonatör tek boyutlu bir fotonik kristal üzerine biriktirilir ve optik iletişim bandında rezonatörün Tamm plazmonu ve onun yıkıcı girişimiyle birleşmesinden kaynaklanan yeni bir elektromanyetik olarak indüklenen şeffaflık etkisi gözlemlenir. Bu etkinin spektral tepkisi optik rezonatörün kalınlığına bağlıdır ve ortam kırılma indisinin değişimine karşı dayanıklıdır. Bu çalışma, ultra ince optik boşluk, topolojik yalıtkan malzeme spektrum düzenlemesi ve optoelektronik cihazların gerçekleştirilmesi için yeni bir yol açmaktadır.
Şekil 1a ve 1b'de gösterildiği gibi, optik rezonatör esas olarak bir bizmut tellür topolojik yalıtkan ve gümüş nanofilmlerden oluşur. Magnetron püskürtme ile hazırlanan bizmut tellür nanofilmler geniş bir alana ve iyi bir düzlüğe sahiptir. Bizmut tellür ve gümüş filmlerin kalınlığı sırasıyla 42 nm ve 30 nm olduğunda, optik boşluk 1100~1800 nm bandında güçlü rezonans emilimi sergiler (Şekil 1c). Araştırmacılar bu optik boşluğu Ta2O5 (182 nm) ve SiO2 (260 nm) katmanlarının dönüşümlü yığınlarından oluşan bir fotonik kristale entegre ettiklerinde (Şekil 1e), orijinal rezonans emilim zirvesinin (~1550 nm) yakınında belirgin bir emilim vadisi (Şekil 1f) belirdi; bu, atomik sistemler tarafından üretilen elektromanyetik olarak indüklenen şeffaflık etkisine benzer.

Bizmut tellür materyali transmisyon elektron mikroskobu ve elipsometri ile karakterize edildi. ŞEKİL 2a-2c, bizmut tellür nanofilmlerinin transmisyon elektron mikrografilerini (yüksek çözünürlüklü görüntüler) ve seçilmiş elektron kırınım desenlerini göstermektedir. Şekilden, hazırlanan bizmut tellür nanofilmlerinin polikristalin materyaller olduğu ve ana büyüme yönünün (015) kristal düzlemi olduğu görülebilir. Şekil 2d-2f, elipsometre ile ölçülen bizmut tellür'ün kompleks kırılma indisini ve uydurulmuş yüzey durumu ve durum kompleks kırılma indisini göstermektedir. Sonuçlar, yüzey durumunun sönüm katsayısının 230~1930 nm aralığında kırılma indisinden daha büyük olduğunu ve metal benzeri özellikler gösterdiğini göstermektedir. Dalga boyu 1385 nm'den büyük olduğunda cismin kırılma indisi 6'dan fazladır, bu da bu banttaki silikon, germanyum ve diğer geleneksel yüksek kırılma indisli malzemelerden çok daha yüksektir ve bu da ultra ince optik rezonatörlerin hazırlanması için bir temel oluşturur. Araştırmacılar bunun, optik iletişim bandında yalnızca onlarca nanometre kalınlığında bir topolojik yalıtkan düzlemsel optik boşluğun bildirilen ilk gerçekleştirimi olduğunu belirtiyorlar. Daha sonra, ultra ince optik boşluğun emilim spektrumu ve rezonans dalga boyu bizmut tellür kalınlığı ile ölçüldü. Son olarak, gümüş film kalınlığının bizmut tellür nanokavite/fotonik kristal yapılarında elektromanyetik olarak indüklenen şeffaflık spektrumları üzerindeki etkisi araştırıldı

Bizmut tellür topolojik yalıtkanların geniş alanlı düz ince filmleri hazırlanarak ve yakın kızılötesi bantta Bizmut tellür malzemelerin ultra yüksek kırılma indisinden yararlanılarak, sadece onlarca nanometre kalınlığında düzlemsel bir optik boşluk elde edilir. Ultra ince optik boşluk, yakın kızılötesi bantta verimli rezonans ışığı emilimini gerçekleştirebilir ve optik iletişim bandında optoelektronik cihazların geliştirilmesinde önemli uygulama değerine sahiptir. Bizmut tellür optik boşluğunun kalınlığı rezonans dalga boyuna doğrusaldır ve benzer silikon ve germanyum optik boşluğundan daha küçüktür. Aynı zamanda, bizmut tellür optik boşluğu, atomik sistemin elektromanyetik olarak indüklenen şeffaflığına benzer anormal optik etkiyi elde etmek için fotonik kristalle entegre edilir ve bu da mikro yapının spektrum düzenlemesi için yeni bir yöntem sağlar. Bu çalışma, ışık düzenleme ve optik fonksiyonel cihazlarda topolojik yalıtkan malzemelerin araştırılmasını teşvik etmede belirli bir rol oynar.