باند ارتباطی نوری، تشدید کننده نوری بسیار نازک

باند ارتباطی نوری، تشدید کننده نوری بسیار نازک
تشدید کننده های نوری می توانند طول موج های خاصی از امواج نور را در یک فضای محدود محلی کنند و کاربردهای مهمی در برهمکنش نور-ماده داشته باشند.ارتباط نوری، سنجش نوری و ادغام نوری. اندازه تشدید کننده عمدتاً به ویژگی های مواد و طول موج عملکرد بستگی دارد، برای مثال تشدید کننده های سیلیکونی که در باند مادون قرمز نزدیک کار می کنند معمولاً به ساختارهای نوری صدها نانومتر و بالاتر نیاز دارند. در سال های اخیر، تشدید کننده های نوری مسطح فوق نازک به دلیل کاربردهای بالقوه آنها در رنگ های ساختاری، تصویربرداری هولوگرافیک، تنظیم میدان نور و دستگاه های نوری مورد توجه قرار گرفته اند. نحوه کاهش ضخامت تشدید کننده های مسطح یکی از مشکلات دشواری است که محققان با آن مواجه هستند.
عایق های توپولوژیکی سه بعدی (مانند تلورید بیسموت، تلورید آنتیموان، بیسموت سلنید و غیره) متفاوت از مواد نیمه هادی سنتی، مواد اطلاعاتی جدیدی با حالت های سطح فلزی محافظت شده از نظر توپولوژیکی و حالت های عایق هستند. حالت سطحی توسط تقارن وارونگی زمانی محافظت می‌شود و الکترون‌های آن توسط ناخالصی‌های غیر مغناطیسی پراکنده نمی‌شوند، که چشم‌انداز کاربردی مهمی در محاسبات کوانتومی کم توان و دستگاه‌های اسپینترونیک دارد. در عین حال، مواد عایق توپولوژیکی نیز خواص نوری عالی، مانند ضریب شکست بالا، غیرخطی بزرگ را نشان می دهند.نوریضریب، محدوده طیف کاری گسترده، قابلیت تنظیم، ادغام آسان و غیره، که بستر جدیدی را برای تحقق تنظیم نور ودستگاه های الکترونیکی نوری.
یک تیم تحقیقاتی در چین روشی را برای ساخت تشدیدگرهای نوری بسیار نازک با استفاده از نانوفیلم های عایق توپولوژیکی بیسموت تلورید در حال رشد در سطح وسیع ارائه کرده است. حفره نوری ویژگی های جذب تشدید آشکار را در باند مادون قرمز نزدیک نشان می دهد. بیسموت تلورید دارای ضریب شکست بسیار بالای بیش از 6 در باند ارتباطی نوری است (بیشتر از ضریب شکست مواد با ضریب شکست بالا سنتی مانند سیلیکون و ژرمانیوم)، به طوری که ضخامت حفره نوری می تواند به یک بیستم رزونانس برسد. طول موج در همان زمان، تشدید کننده نوری بر روی یک کریستال فوتونیک یک بعدی رسوب می‌کند و یک اثر شفافیت القا شده از طریق الکترومغناطیسی جدید در باند ارتباطی نوری مشاهده می‌شود که به دلیل جفت شدن تشدید کننده با پلاسمون تام و تداخل مخرب آن است. . پاسخ طیفی این اثر به ضخامت تشدید کننده نوری بستگی دارد و در برابر تغییر ضریب شکست محیطی قوی است. این کار راه جدیدی را برای تحقق حفره نوری بسیار نازک، تنظیم طیف مواد عایق توپولوژیکی و دستگاه‌های اپتوالکترونیکی باز می‌کند.
همانطور که در شکل نشان داده شده است. 1a و 1b، تشدید کننده نوری عمدتاً از یک عایق توپولوژیکی بیسموت تلورید و نانوفیلم های نقره تشکیل شده است. نانوفیلم‌های بیسموت تلورید تهیه‌شده با کندوپاش مگنترون دارای سطح وسیع و صافی خوبی هستند. هنگامی که ضخامت لایه های بیسموت تلورید و نقره به ترتیب 42 نانومتر و 30 نانومتر باشد، حفره نوری جذب تشدید قوی در باند 1100 تا 1800 نانومتر را نشان می دهد (شکل 1c). هنگامی که محققان این حفره نوری را روی یک کریستال فوتونی ساخته شده از پشته های متناوب لایه های Ta2O5 (182 نانومتر) و SiO2 (260 نانومتر) ادغام کردند (شکل 1e)، یک دره جذب مشخص (شکل 1f) در نزدیکی اوج جذب تشدید اولیه ظاهر شد (~ 1550 نانومتر)، که شبیه به اثر شفافیت القا شده توسط الکترومغناطیسی است که توسط سیستم های اتمی ایجاد می شود.

ماده تلورید بیسموت با میکروسکوپ الکترونی عبوری و بیضی‌سنجی مشخص شد. شکل 2a-2c میکروگراف های الکترونی عبوری (تصاویر با وضوح بالا) و الگوهای پراش الکترونی انتخاب شده نانوفیلم های تلورید بیسموت را نشان می دهد. از شکل می توان دریافت که نانوفیلم های بیسموت تلورید تهیه شده مواد پلی کریستالی هستند و جهت رشد اصلی صفحه کریستالی (015) است. شکل 2d-2f ضریب شکست پیچیده بیسموت تلورید را نشان می‌دهد که توسط بیضی‌سنج اندازه‌گیری شده است و حالت سطح مناسب و ضریب شکست پیچیده حالت را نشان می‌دهد. نتایج نشان می دهد که ضریب خاموشی حالت سطحی بیشتر از ضریب شکست در محدوده 230 تا 1930 نانومتر است که ویژگی های فلز مانند را نشان می دهد. ضریب شکست بدن در زمانی که طول موج بیشتر از 1385 نانومتر باشد بیش از 6 است که بسیار بیشتر از سیلیکون، ژرمانیوم و سایر مواد سنتی با ضریب شکست بالا در این باند است که پایه‌ای را برای تهیه فوق‌العاده ایجاد می‌کند. تشدید کننده های نوری نازک محققان خاطرنشان کردند که این اولین گزارش گزارش شده از یک حفره نوری مسطح عایق توپولوژیکی با ضخامت تنها ده ها نانومتر در باند ارتباطی نوری است. پس از آن، طیف جذب و طول موج رزونانس حفره نوری بسیار نازک با ضخامت تلورید بیسموت اندازه‌گیری شد. در نهایت، اثر ضخامت لایه نقره بر طیف شفافیت القایی الکترومغناطیسی در ساختارهای نانوحفره بیسموت تلورید / بلورهای فوتونیک بررسی شده است.

با تهیه لایه‌های نازک مسطح بزرگ از عایق‌های توپولوژیک بیسموت تلورید و بهره‌گیری از ضریب شکست فوق‌العاده بالای مواد تلورید بیسموت در باند مادون قرمز نزدیک، یک حفره نوری مسطح با ضخامت تنها ده‌ها نانومتر به دست می‌آید. حفره نوری فوق‌العاده نازک می‌تواند جذب نور تشدید کارآمد را در باند مادون قرمز نزدیک انجام دهد و ارزش کاربردی مهمی در توسعه دستگاه‌های الکترونیک نوری در باند ارتباطی نوری دارد. ضخامت حفره نوری بیسموت تلورید نسبت به طول موج تشدید خطی است و از حفره نوری سیلیکونی و ژرمانیوم مشابه کوچکتر است. در همان زمان، حفره نوری بیسموت تلورید با کریستال فوتونیک ادغام می شود تا به اثر نوری غیرعادی مشابه شفافیت القایی الکترومغناطیسی سیستم اتمی دست یابد، که روش جدیدی برای تنظیم طیف ریزساختار ارائه می دهد. این مطالعه نقش خاصی در ترویج تحقیق مواد عایق توپولوژیکی در تنظیم نور و دستگاه های عملکردی نوری ایفا می کند.