Bendi ya mawasiliano ya macho, resonator ya macho nyembamba sana

Bendi ya mawasiliano ya macho, resonator ya macho nyembamba sana
Vihisi mwanga vinaweza kubainisha urefu wa mawimbi maalum ya mwanga katika nafasi finyu, na kuwa na matumizi muhimu katika mwingiliano wa mwanga na vitu,mawasiliano ya macho, utambuzi wa macho, na ujumuishaji wa macho. Ukubwa wa resonator hutegemea zaidi sifa za nyenzo na urefu wa wimbi la uendeshaji, kwa mfano, resonator za silikoni zinazofanya kazi katika bendi ya infrared iliyo karibu kwa kawaida huhitaji miundo ya macho ya mamia ya nanomita na zaidi. Katika miaka ya hivi karibuni, resonator za macho za planar nyembamba sana zimevutia umakini mkubwa kutokana na matumizi yao yanayowezekana katika rangi ya kimuundo, upigaji picha wa holographic, udhibiti wa uwanja wa mwanga na vifaa vya optoelectronic. Jinsi ya kupunguza unene wa resonator za planar ni mojawapo ya matatizo magumu yanayowakabili watafiti.
Tofauti na vifaa vya kawaida vya semiconductor, vihami joto vya topolojia vya 3D (kama vile bismuth telluride, antimoni telluride, bismuth selenide, n.k.) ni vifaa vipya vya taarifa vyenye hali za uso wa chuma zinazolindwa kitopolojia na hali za vihami joto. Hali ya uso inalindwa na ulinganifu wa ubadilishaji wa wakati, na elektroni zake hazijatawanywa na uchafu usio wa sumaku, ambao una matarajio muhimu ya matumizi katika kompyuta ya quantum yenye nguvu ndogo na vifaa vya spintroniki. Wakati huo huo, vifaa vya vihami joto vya topolojia pia vinaonyesha sifa bora za macho, kama vile faharisi ya juu ya kuakisi, isiyo ya mstari mkubwa.machomgawo, wigo mpana wa wigo wa kufanya kazi, urekebishaji, ujumuishaji rahisi, n.k., ambao hutoa jukwaa jipya la utekelezaji wa udhibiti wa mwanga navifaa vya optoelectronic.
Timu ya utafiti nchini China imependekeza njia ya kutengeneza resonators za macho nyembamba sana kwa kutumia nanofilms za kizio cha topolojia cha bismuth telluride zinazokua katika eneo kubwa. Uwazi wa macho unaonyesha sifa dhahiri za unyonyaji wa mwangwi katika bendi ya karibu ya infrared. Bismuth telluride ina faharisi ya juu sana ya mwangwi ya zaidi ya 6 katika bendi ya mawasiliano ya macho (juu kuliko faharisi ya mwangwi ya vifaa vya jadi vya faharisi ya mwangwi kama vile silicon na germanium), ili unene wa uwazi wa uwazi uweze kufikia sehemu ya ishirini ya urefu wa wimbi la mwangwi. Wakati huo huo, resonator ya macho imewekwa kwenye fuwele ya fotoniki ya pande moja, na athari mpya ya uwazi inayosababishwa na sumakuumeme huonekana katika bendi ya mawasiliano ya macho, ambayo ni kutokana na kuunganishwa kwa resonator na plasmoni ya Tamm na mwingiliano wake wa uharibifu. Mwitikio wa spectral wa athari hii inategemea unene wa resonator ya macho na ni imara kwa mabadiliko ya faharisi ya mwangwi iliyoko. Kazi hii inafungua njia mpya ya utambuzi wa uwazi mwembamba sana, udhibiti wa wigo wa nyenzo za kizio cha topolojia na vifaa vya optoelectronic.
Kama inavyoonyeshwa katika Mchoro 1a na 1b, resonator ya macho imeundwa zaidi na kizio cha topolojia cha bismuth telluride na nanofilms za fedha. Nanofilms za bismuth telluride zilizotayarishwa na sputtering ya magnetron zina eneo kubwa na ulalo mzuri. Wakati unene wa filamu za bismuth telluride na fedha ni 42 nanomita na 30, mtawalia, patupu ya macho inaonyesha unyonyaji mkubwa wa mwangwi katika bendi ya 1100 ~ 1800 nm (Mchoro 1c). Watafiti walipounganisha patupu hii ya macho kwenye fuwele ya fotoniki iliyotengenezwa kwa mirundiko mbadala ya tabaka za Ta2O5 (182 nm) na SiO2 (260 nm) (Mchoro 1e), bonde tofauti la unyonyaji (Mchoro 1f) lilionekana karibu na kilele cha awali cha unyonyaji wa mwangwi (~1550 nm), ambacho ni sawa na athari ya uwazi inayosababishwa na sumakuumeme inayozalishwa na mifumo ya atomiki.

Nyenzo ya bismuth telluride ilibainishwa na hadubini ya elektroni ya upitishaji na ellipsometri. Mchoro 2a-2c unaonyesha mikrografu za elektroni za upitishaji (picha zenye ubora wa juu) na mifumo iliyochaguliwa ya mtawanyiko wa elektroni ya nanofilms za bismuth telluride. Inaweza kuonekana kutoka kwa mchoro kwamba nanofilms za bismuth telluride zilizotayarishwa ni nyenzo za polifuli, na mwelekeo mkuu wa ukuaji ni (015) flani ya fuwele. Mchoro 2d-2f unaonyesha faharasa changamano ya tafakari ya bismuth telluride iliyopimwa kwa ellipmeter na faharasa changamano ya tafakari ya hali ya uso na hali iliyofungwa. Matokeo yanaonyesha kuwa mgawo wa kutoweka kwa hali ya uso ni mkubwa kuliko faharasa ya tafakari katika safu ya 230 ~ 1930 nm, ikionyesha sifa kama za chuma. Kielezo cha kuakisi mwangaza cha mwili ni zaidi ya 6 wakati urefu wa wimbi ni mkubwa kuliko 1385 nm, ambayo ni kubwa zaidi kuliko ile ya silicon, germanium na vifaa vingine vya kitamaduni vya faharasa ya kuakisi mwangaza katika bendi hii, ambayo huweka msingi wa utayarishaji wa resonators za macho nyembamba sana. Watafiti wanasema kwamba huu ni utambuzi wa kwanza ulioripotiwa wa uwazi wa topolojia wa kizio chenye unene wa nanomita kumi tu katika bendi ya mawasiliano ya macho. Baadaye, wigo wa unyonyaji na urefu wa wimbi wa mwangwi wa uwazi wa uwazi mwembamba sana ulipimwa kwa unene wa bismuth telluride. Hatimaye, athari ya unene wa filamu ya fedha kwenye spektra za uwazi zinazosababishwa na sumakuumeme katika miundo ya fuwele ya bismuth telluride nanocavity/photonic inachunguzwa.

Kwa kuandaa filamu nyembamba tambarare za eneo kubwa za vihami joto vya topolojia vya bismuth telluride, na kutumia faharisi ya juu sana ya kuakisi ya nyenzo za Bismuth telluride katika bendi ya karibu ya infrared, uwazi wa macho wa planar wenye unene wa makumi ya nanomita pekee hupatikana. Uwazi wa macho mwembamba sana unaweza kufikia unyonyaji mzuri wa mwanga wa resonant katika bendi ya karibu ya infrared, na una thamani muhimu ya matumizi katika ukuzaji wa vifaa vya optoelectronic katika bendi ya mawasiliano ya macho. Unene wa uwazi wa bismuth telluride ni mstari kwa urefu wa wimbi la resonant, na ni mdogo kuliko ule wa uwazi wa macho wa silicon na germanium sawa. Wakati huo huo, uwazi wa macho wa bismuth telluride umeunganishwa na fuwele ya fotoniki ili kufikia athari isiyo ya kawaida ya macho sawa na uwazi unaosababishwa na sumakuumeme wa mfumo wa atomiki, ambayo hutoa njia mpya ya udhibiti wa wigo wa muundo mdogo. Utafiti huu una jukumu fulani katika kukuza utafiti wa nyenzo za kihami joto cha topolojia katika udhibiti wa mwanga na vifaa vya utendaji vya macho.