Optik rabitə zolağı, ultra nazik optik rezonator

Optik rabitə zolağı, ultra nazik optik rezonator
Optik rezonatorlar məhdud bir məkanda işıq dalğalarının spesifik dalğa uzunluqlarını lokallaşdıra bilər və işıq-maddə qarşılıqlı təsirində mühüm tətbiqlərə malikdir.optik rabitə, optik sensor və optik inteqrasiya. Rezonatorun ölçüsü əsasən material xüsusiyyətlərindən və işləmə dalğa uzunluğundan asılıdır, məsələn, yaxın infraqırmızı diapazonda işləyən silikon rezonatorlar adətən yüzlərlə nanometr və daha yüksək optik strukturlar tələb edir. Son illərdə ultra nazik planar optik rezonatorlar struktur rəng, holoqrafik görüntüləmə, işıq sahəsinin tənzimlənməsi və optoelektron cihazlardakı potensial tətbiqlərinə görə çox diqqət çəkib. Planar rezonatorların qalınlığını necə azaltmaq tədqiqatçıların üzləşdiyi çətin problemlərdən biridir.
Ənənəvi yarımkeçirici materiallardan fərqli olaraq, 3D topoloji izolyatorlar (məsələn, vismut tellurid, antimon tellurid, vismut selenid və s.) topoloji cəhətdən qorunan metal səth vəziyyətlərinə və izolyator vəziyyətlərinə malik yeni informasiya materiallarıdır. Səth vəziyyəti zaman inversiyasının simmetriyası ilə qorunur və onun elektronları qeyri-maqnit çirkləri ilə səpələnmir ki, bu da aşağı güclü kvant hesablamalarında və spintronik cihazlarda mühüm tətbiq perspektivlərinə malikdir. Eyni zamanda, topoloji izolyator materialları da yüksək refraktiv indeks, böyük qeyri-xətti kimi əla optik xüsusiyyətlərə malikdir.optikəmsal, geniş iş spektri diapazonu, tənzimlənmə, asan inteqrasiya və s., bu da işığın tənzimlənməsinin həyata keçirilməsi üçün yeni bir platforma təmin edir vəoptoelektron cihazlar.
Çində bir tədqiqat qrupu, geniş sahəni böyüdən vismut tellurid topoloji izolyator nanofilmlərindən istifadə etməklə ultra nazik optik rezonatorların istehsalı üçün bir üsul təklif etmişdir. Optik boşluq yaxın infraqırmızı zolaqda açıq-aşkar rezonans udma xüsusiyyətləri göstərir. Vismut telluridinin optik rabitə zolağında 6-dan çox yüksək refraktiv əmsal var (silikon və germanium kimi ənənəvi yüksək refraktiv əmsallı materialların refraktiv əmsalından yüksəkdir), beləliklə, optik boşluğun qalınlığı rezonans dalğa uzunluğunun iyirmisinə çata bilər. Eyni zamanda, optik rezonator birölçülü fotonik kristal üzərində yerləşdirilir və optik rabitə zolağında yeni elektromaqnit induksiyalı şəffaflıq effekti müşahidə olunur ki, bu da rezonatorun Tamm plazmonu ilə birləşməsi və onun dağıdıcı müdaxiləsi ilə əlaqədardır. Bu effektin spektral reaksiyası optik rezonatorun qalınlığından asılıdır və ətraf mühitin refraktiv əmsalının dəyişməsinə davamlıdır. Bu iş ultra nazik optik boşluq, topoloji izolyator material spektrinin tənzimlənməsi və optoelektron cihazların reallaşdırılması üçün yeni bir yol açır.
Şəkil 1a və 1b-də göstərildiyi kimi, optik rezonator əsasən vismut tellurid topoloji izolyatorundan və gümüş nanofilmlərdən ibarətdir. Maqnetron püskürtmə yolu ilə hazırlanmış vismut tellurid nanofilmləri böyük sahəyə və yaxşı düzlüyə malikdir. Vismut tellurid və gümüş filmlərinin qalınlığı müvafiq olaraq 42 nm və 30 nm olduqda, optik boşluq 1100~1800 nm diapazonunda güclü rezonans udma nümayiş etdirir (Şəkil 1c). Tədqiqatçılar bu optik boşluğu Ta2O5 (182 nm) və SiO2 (260 nm) təbəqələrinin alternativ yığınlarından ibarət fotonik kristal üzərinə inteqrasiya etdikdə (Şəkil 1e), orijinal rezonans udma zirvəsinin (~1550 nm) yaxınlığında fərqli bir udma vadisi (Şəkil 1f) meydana gəldi ki, bu da atom sistemləri tərəfindən yaradılan elektromaqnit induksiyalı şəffaflıq effektinə bənzəyir.

Bizmut tellurid materialı transmissiya elektron mikroskopiyası və ellipsometriya ilə xarakterizə edilmişdir. Şəkil 2a-2c-də vismut tellurid nanofilmlərinin transmissiya elektron mikroqrafları (yüksək qətnaməli şəkillər) və seçilmiş elektron difraksiya nümunələri göstərilir. Şəkildən göründüyü kimi, hazırlanmış vismut tellurid nanofilmləri polikristal materiallardır və əsas böyümə istiqaməti (015) kristal müstəvisidir. Şəkil 2d-2f-də ellipsometr və uyğunlaşdırılmış səth vəziyyəti və vəziyyət kompleks refraktiv indeksi ilə ölçülən vismut telluridinin kompleks refraktiv indeksi göstərilir. Nəticələr göstərir ki, səth vəziyyətinin sönmə əmsalı 230~1930 nm diapazonunda refraktiv indeksdən daha böyükdür və metal kimi xüsusiyyətlər göstərir. Dalğa uzunluğu 1385 nm-dən çox olduqda, bədənin qırılma əmsalı 6-dan çox olur ki, bu da silisium, germanium və bu zolaqdakı digər ənənəvi yüksək qırılma əmsalı materiallardan daha yüksəkdir ki, bu da ultra nazik optik rezonatorların hazırlanması üçün təməl qoyur. Tədqiqatçılar qeyd edirlər ki, bu, optik rabitə zolağında cəmi on nanometr qalınlığı olan topoloji izolyatorlu müstəvi optik boşluğun ilk dəfə reallaşdırılmasıdır. Daha sonra, vismut telluridinin qalınlığı ilə ultra nazik optik boşluğun udma spektri və rezonans dalğa uzunluğu ölçüldü. Nəhayət, vismut tellurid nanokəliyi/fotonik kristal strukturlarında gümüş təbəqə qalınlığının elektromaqnitlə induksiya olunmuş şəffaflıq spektrlərinə təsiri araşdırılır.

Vismut tellurid topoloji izolyatorlarının geniş sahəli düz nazik təbəqələri hazırlamaqla və yaxın infraqırmızı diapazonda vismut tellurid materiallarının ultra yüksək refraktiv əmsalından istifadə etməklə, qalınlığı cəmi on nanometr olan düz optik boşluq əldə edilir. Ultra nazik optik boşluq yaxın infraqırmızı diapazonda səmərəli rezonans işığın udulmasını təmin edə bilər və optik rabitə zonasında optoelektron cihazların inkişafında mühüm tətbiq dəyərinə malikdir. Vismut tellurid optik boşluğunun qalınlığı rezonans dalğa uzunluğuna xəttidir və oxşar silikon və germanium optik boşluğundan daha kiçikdir. Eyni zamanda, vismut tellurid optik boşluğu, atom sisteminin elektromaqnit induksiyalı şəffaflığına bənzər anomal optik effekt əldə etmək üçün fotonik kristalla birləşdirilir ki, bu da mikrostrukturun spektr tənzimlənməsi üçün yeni bir metod təmin edir. Bu tədqiqat işıq tənzimlənməsi və optik funksional cihazlarda topoloji izolyator materiallarının tədqiqinin təşviqində müəyyən rol oynayır.