Optesch Kommunikatiounsband, ultradënnen optesche Resonator

Optesch Kommunikatiounsband, ultradënnen optesche Resonator
Optesch Resonatoren kënnen spezifesch Wellelängte vu Liichtwellen an engem limitéierte Raum lokaliséieren an hunn wichteg Uwendungen an der Interaktioun tëscht Liicht a Matière,optesch Kommunikatioun, optesch Detektioun an optesch Integratioun. D'Gréisst vum Resonator hänkt haaptsächlech vun de Materialeigenschaften an der Betribswellelängt of, zum Beispill brauche Siliziumresonatoren, déi am noen Infraroutband schaffen, normalerweis optesch Strukturen vun Honnerte vun Nanometer a méi. An de leschte Joren hunn ultradënn planar optesch Resonatoren vill Opmierksamkeet op sech gezunn wéinst hire potenziellen Uwendungen an der Strukturfaarf, der holographescher Bildgebung, der Liichtfeldreguléierung an optoelektroneschen Apparater. Wéi d'Déckt vu planare Resonatoren reduzéiert ka ginn, ass ee vun de schwierege Problemer, mat deenen d'Fuerscher konfrontéiert sinn.
Anescht wéi traditionell Hallefleedermaterialien sinn 3D topologesch Isolatoren (wéi Wismut-Tellurid, Antimon-Tellurid, Wismut-Selenid, etc.) nei Informatiounsmaterialien mat topologesch geschützte Metalloberflächenzoustänn an Isolatorzoustänn. Den Uewerflächenzoustand ass duerch d'Symmetrie vun der Zäitinversioun geschützt, an seng Elektrone ginn net duerch net-magnetesch Ongereimtheeten verstreet, wat wichteg Uwendungsperspektiven am Quantecomputer mat nidderegem Energieverbrauch a Spintronik-Geräter huet. Gläichzäiteg weisen topologesch Isolatormaterialien och exzellent optesch Eegeschaften, wéi z. B. héije Breechungsindex, grouss netlinear ...opteschKoeffizient, breede Spektrumberäich, Ofstëmmebarkeet, einfach Integratioun, etc., wat eng nei Plattform fir d'Realiséierung vun der Liichtreguléierung aoptoelektronesch Apparater.
E Fuerschungsteam a China huet eng Method fir d'Fabrikatioun vun ultradënnen optesche Resonatoren proposéiert andeems groussflächeg wuessend Wismut-Tellurid topologesch Isolator-Nanofilmer benotzt ginn. Déi optesch Kavitéit weist offensichtlech Resonanzabsorptiounseigenschaften am noen Infraroutband. Wismut-Tellurid huet e ganz héije Breechungsindex vu méi wéi 6 am optesche Kommunikatiounsband (méi héich wéi de Breechungsindex vun traditionelle Materialien mat héijem Breechungsindex wéi Silizium a Germanium), sou datt d'Déckt vun der optescher Kavitéit en Zwanzegstel vun der Resonanzwellelängt erreeche kann. Gläichzäiteg gëtt den optesche Resonator op engem eendimensionale photonesche Kristall ofgesat, an en neien elektromagnetesch induzéierten Transparenzeffekt gëtt am optesche Kommunikatiounsband observéiert, deen op d'Kopplung vum Resonator mam Tamm-Plasmon a senger destruktiver Interferenz zréckzeféieren ass. D'Spektralantwort vun dësem Effekt hänkt vun der Déckt vum optesche Resonator of a ass robust géint d'Ännerung vum Ëmfeldbreechungsindex. Dës Aarbecht mécht en neie Wee fir d'Realisatioun vun ultradënnen optesche Kavitéiten, d'Spektrumreguléierung vun topologeschen Isolatormaterialien an optoelektroneschen Apparater op.
Wéi an der FIG. 1a an 1b gewisen, besteet den optesche Resonator haaptsächlech aus engem topologeschen Isolator aus Wismut-Tellurid a Sëlwer-Nanofilmer. Déi duerch Magnetronsputtering hiergestallt Wismut-Tellurid-Nanofilmer hunn eng grouss Fläch a gutt Flaachheet. Wann d'Déckt vun de Wismut-Tellurid- a Sëlwerfilmer 42 nm respektiv 30 nm ass, weist d'optesch Kavitéit eng staark Resonanzabsorptioun am Band vun 1100~1800 nm op (Figur 1c). Wéi d'Fuerscher dës optesch Kavitéit op e photonesche Kristall integréiert hunn, deen aus ofwiesselnde Stapel vun Ta2O5 (182 nm) a SiO2 (260 nm) Schichten besteet (Figur 1e), ass en däitlecht Absorptiounsdall (Figur 1f) no beim urspréngleche Resonanzabsorptiounspeak (~1550 nm) opgetrueden, wat dem elektromagnetesch induzéierten Transparenzeffekt vun atomare Systemer ähnlech ass.

D'Material aus Wismut-Tellurid gouf duerch Transmissiounselektronemikroskopie an Ellipsometrie charakteriséiert. FIG. 2a-2c weisen Transmissiounselektronemikroskopfotoen (Biller mat héijer Opléisung) an ausgewielten Elektronendiffraktiounsmuster vu Wismut-Tellurid-Nanofilmer. Aus der Figur ass ze gesinn, datt déi virbereet Wismut-Tellurid-Nanofilmer polykristallin Materialien sinn, an d'Haaptwachstumsorientéierung d'(015) Kristallfläch ass. Figur 2d-2f weist de komplexe Breechungsindex vu Wismut-Tellurid, gemooss mam Ellipsometer, an den ugepassten Uewerflächenzoustand an den Zoustandskomplexe Breechungsindex. D'Resultater weisen, datt den Extinktiounskoeffizient vum Uewerflächenzoustand méi grouss ass wéi de Breechungsindex am Beräich vun 230~1930 nm, wat metallähnlech Charakteristiken weist. De Breechungsindex vum Kierper ass méi wéi 6, wann d'Wellenlängt méi grouss ass wéi 1385 nm, wat vill méi héich ass wéi dee vu Silizium, Germanium an aner traditionell Materialien mat héijem Breechungsindex an dësem Band, wat d'Grondlag fir d'Virbereedung vun ultradënnen optesche Resonatoren leet. D'Fuerscher weisen drop hin, datt dëst déi éischt gemellt Realisatioun vun enger topologescher isoléierender planarer optescher Kavitéit mat enger Déckt vun nëmmen Zénger Nanometer am optesche Kommunikatiounsband ass. Duerno goufen den Absorptiounsspektrum an d'Resonanzwellelängt vun der ultradënner optescher Kavitéit mat der Déckt vum Wismut-Tellurid gemooss. Schlussendlech gëtt den Effekt vun der Sëlwerfilmdéckt op elektromagnetesch induzéiert Transparenzspektren an Wismut-Tellurid-Nanokavitéiten/photonesche Kristallstrukturen ënnersicht.

Duerch d'Virbereedung vu groussflächege flaache, dënne Schichten aus topologeschen Isolatoren aus Wismut-Tellurid a mat der Notzung vum ultra-héije Breechungsindex vu Wismut-Tellurid-Materialien am noen Infraroutband gëtt eng planar optesch Kavitéit mat enger Déckt vun nëmmen Zénger Nanometer kritt. Déi ultradënn optesch Kavitéit kann eng effizient resonant Liichtabsorptioun am noen Infraroutband realiséieren an huet e wichtegen Uwendungswäert bei der Entwécklung vun optoelektroneschen Apparater am optesche Kommunikatiounsband. D'Déckt vun der optescher Kavitéit aus Wismut-Tellurid ass linear zur resonanter Wellelängt a méi kleng wéi déi vun enger ähnlecher Silizium- a Germanium-optescher Kavitéit. Gläichzäiteg gëtt déi optesch Kavitéit aus Wismut-Tellurid mat engem photonesche Kristall integréiert, fir den anomalen opteschen Effekt z'erreechen, ähnlech wéi déi elektromagnetesch induzéiert Transparenz vum Atomsystem, wat eng nei Method fir d'Spektrumreguléierung vun der Mikrostruktur bitt. Dës Studie spillt eng gewëssen Roll bei der Fërderung vun der Fuerschung iwwer topologesch Isolatiounsmaterialien a Liichtreguléierung an optesch funktionell Apparater.