ოპტიკური საკომუნიკაციო ჯგუფი, ულტრა თხელი ოპტიკური რეზონატორი

ოპტიკური საკომუნიკაციო ჯგუფი, ულტრა თხელი ოპტიკური რეზონატორი
ოპტიკურ რეზონატორებს შეუძლიათ ლოკალიზაცია მოახდინონ მსუბუქი ტალღების სპეციფიკური ტალღების სიგრძე შეზღუდულ სივრცეში და ჰქონდეთ მნიშვნელოვანი პროგრამები მსუბუქი მატერიის ურთიერთქმედებაში,ოპტიკური კომუნიკაცია, ოპტიკური ზონდირება და ოპტიკური ინტეგრაცია. რეზონატორის ზომა ძირითადად დამოკიდებულია მატერიალურ მახასიათებლებზე და ოპერაციული ტალღის სიგრძეზე, მაგალითად, სილიკონის რეზონატორები, რომლებიც მოქმედებენ ახლო ინფრაწითელ ბენდში, ჩვეულებრივ მოითხოვს ასობით ნანომეტრის ოპტიკურ სტრუქტურებს და ზემოთ. ბოლო წლების განმავლობაში, ულტრა თხელი პლანეტარული ოპტიკური რეზონატორები დიდი ყურადღება მიიპყრო სტრუქტურული ფერის, ჰოლოგრაფიული გამოსახულების, მსუბუქი ველის რეგულირებისა და ოპტოელექტრონული მოწყობილობების პოტენციური გამოყენებების გამო. როგორ შევამციროთ პლანტარული რეზონატორების სისქე, მკვლევარების ერთ - ერთი რთული პრობლემაა.
ნახევარგამტარული ტრადიციული მასალებისგან განსხვავებით, 3D ტოპოლოგიური იზოლატორები (მაგალითად, Bismuth Telluride, Antimony Telluride, Bismuth Selenide და ა.შ.) არის ახალი საინფორმაციო მასალები ტოპოლოგიურად დაცული ლითონის ზედაპირის სახელმწიფოებით და იზოლატორული სახელმწიფოებით. ზედაპირული მდგომარეობა დაცულია დროის ინვერსიის სიმეტრიით, ხოლო მისი ელექტრონები არ არის მიმოფანტული არა მაგნიტური მინარევებით, რომელსაც აქვს მნიშვნელოვანი გამოყენების პერსპექტივები დაბალი სიმძლავრის კვანტურ გამოთვლასა და სპინტრონულ მოწყობილობებში. ამავე დროს, ტოპოლოგიური იზოლატორის მასალები ასევე აჩვენებს შესანიშნავი ოპტიკური თვისებებს, მაგალითად, მაღალი რეფრაქციული ინდექსი, დიდი არაწრფივიოპტიკურიკოეფიციენტი, ფართო სამუშაო სპექტრის დიაპაზონი, tunability, მარტივი ინტეგრაცია და ა.შ., რომელიც უზრუნველყოფს ახალ პლატფორმას მსუბუქი რეგულირების რეალიზაციისთვის დაოპტოელექტრონული მოწყობილობები.
ჩინეთში სამეცნიერო ჯგუფმა შემოგვთავაზა მეთოდი ულტრა თხელი ოპტიკური რეზონატორების გაყალბებისთვის, დიდი ფართობის გამოყენებით, ბისუტის თელურიდის ტოპოლოგიური იზოლატორის ნანოფილმების გამოყენებით. ოპტიკური ღრუს გვიჩვენებს აშკარა რეზონანსული შთანთქმის მახასიათებლებს ინფრაწითელი ჯგუფის მახლობლად. Bismuth Telluride- ს აქვს ძალიან მაღალი რეფრაქციული ინდექსი 6-ზე მეტი ოპტიკური საკომუნიკაციო ჯგუფში (უფრო მაღალია ვიდრე ტრადიციული მაღალი რეფრაქციული ინდექსის მასალების რეფრაქციული ინდექსი, როგორიცაა სილიკონი და გერმანიუმი), ისე, რომ ოპტიკური ღრუს სისქემ შეიძლება მიაღწიოს რეზონანსული ტალღის სიგრძეს. ამავდროულად, ოპტიკური რეზონატორი დეპონირდება ერთგანზომილებიან ფოტონურ კრისტალზე, ხოლო ელექტრომაგნიტურად გამოწვეული გამჭვირვალეობის ახალი გამჭვირვალობის ეფექტი შეინიშნება ოპტიკურ საკომუნიკაციო ჯგუფში, რაც გამოწვეულია რეზონატორის შეერთებით Tamm Plasmon- თან და მისი დესტრუქციული ჩარევით. ამ ეფექტის სპექტრული პასუხი დამოკიდებულია ოპტიკური რეზონატორის სისქეზე და ძლიერია გარემოს რეფრაქციული ინდექსის შეცვლაზე. ეს ნამუშევარი ხსნის ახალ გზას ულტრათინის ოპტიკური ღრუს, ტოპოლოგიური იზოლატორის მასალების სპექტრის რეგულირების და ოპტოელექტრონული მოწყობილობების რეალიზაციისთვის.
როგორც ნაჩვენებია ნახ. 1 ა და 1 ბ, ოპტიკური რეზონატორი ძირითადად შედგება Bismuth Telluride ტოპოლოგიური იზოლატორისა და ვერცხლის ნანოფილმებისგან. მაგნეტრონის ნახველის მიერ მომზადებულ Bismuth Telluride ნანოფილმებს აქვთ დიდი ფართობი და კარგი სიბრტყე. როდესაც Bismuth Telluride და ვერცხლის ფილმების სისქეა 42 ნმ და 30 ნმ, შესაბამისად, ოპტიკური ღრუ ავლენს ძლიერი რეზონანსის შეწოვას 1100 ~ 1800 ნმ -ში (სურათი 1C). როდესაც მკვლევარებმა ეს ოპტიკური ღრუს ინტეგრირება მოახდინეს TA2O5 (182 ნმ) და SIO2 (260 ნმ) ფენების ალტერნატიული დასტისგან დამზადებულ ფოტონურ კრისტალზე (სურათი 1E), მკაფიო შთანთქმის ველი (სურათი 1F) გამოჩნდა ორიგინალური რეზონანსული აბსორბციის მწვერვალთან (~ 1550 ნმ), რომელიც მსგავსია ატომური ეფექტის შედეგად.

Bismuth Telluride მასალა ხასიათდებოდა გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპიით და ელიფსომეტრიით. ნახ. 2A-2C გვიჩვენებს გადამცემი ელექტრონული მიკროგრაფები (მაღალი რეზოლუციის სურათები) და ბისუტის თელურიდის ნანოფილმების ელექტრონული დიფრაქციის ნიმუშები. ფიგურიდან ჩანს, რომ მომზადებული Bismuth Telluride Nanofilms არის პოლიკრისტალური მასალები, ხოლო მთავარი ზრდის ორიენტაცია არის (015) ბროლის თვითმფრინავი. სურათი 2D-2F გვიჩვენებს ელიფსომეტრისა და დამონტაჟებული ზედაპირული მდგომარეობის და სახელმწიფო კომპლექსური რეფრაქციული ინდექსის მიერ გაზომილი Bismuth Telluride- ის კომპლექსურ რეფრაქციულ ინდექსს. შედეგები აჩვენებს, რომ ზედაპირული მდგომარეობის გადაშენების კოეფიციენტი უფრო მეტია, ვიდრე რეფრაქციული ინდექსი 230 ~ 1930 ნმ დიაპაზონში, რაც გვიჩვენებს ლითონის მსგავსი მახასიათებლებს. სხეულის რეფრაქციული ინდექსი 6-ზე მეტია, როდესაც ტალღის სიგრძე აღემატება 1385 ნმ, რაც გაცილებით მაღალია, ვიდრე ამ ჯგუფში სილიკონის, გერმანიუმის და სხვა ტრადიციული მაღალი რეფრაქციული ინდექსის მასალები, რაც საფუძველს ქმნის ულტრა თხელი ოპტიკური რეზონატორების მომზადებისთვის. მკვლევარებმა აღნიშნეს, რომ ეს არის ტოპოლოგიური იზოლატორის პლანტარული ოპტიკური ღრუში პირველი რეალიზაცია ოპტიკური საკომუნიკაციო ჯგუფში მხოლოდ ათობით ნანომეტრის სისქით. შემდგომში, ულტრა თხელი ოპტიკური ღრუს შთანთქმის სპექტრი და რეზონანსული ტალღის სიგრძე გაზომეს ბისუტის თელურიდის სისქით. დაბოლოს, გამოკვლეულია ვერცხლის ფილმის სისქის ეფექტი ელექტრომაგნიტიურად გამოწვეული გამჭვირვალეობის სპექტრებზე Bismuth Telluride Nanocavity/Photonic Crystal სტრუქტურებში

Bismuth Telluride ტოპოლოგიური იზოლატორების დიდი ფართობის თხელი ფილმების მომზადებით და Bismuth Telluride მასალების ულტრა მაღალი რეფრაქციული ინდექსით ისარგებლეთ ინფრაწითელ ბენდთან ახლოს, მიიღება პლანტარული ოპტიკური ღრუს, რომელსაც აქვს მხოლოდ ათეული ნანომეტრის სისქე. ულტრა თხელი ოპტიკური ღრუს შეუძლია გააცნობიეროს ეფექტური რეზონანსული შუქის შეწოვა ახლო ინფრაწითელ ბენდში და აქვს მნიშვნელოვანი განაცხადის მნიშვნელობა ოპტიკური საკომუნიკაციო ჯგუფში ოპტოელექტრონული მოწყობილობების განვითარებაში. Bismuth Telluride ოპტიკური ღრუს სისქე ხაზოვანია რეზონანსული ტალღის სიგრძეზე და უფრო მცირეა, ვიდრე მსგავსი სილიკონის და გერმანიუმის ოპტიკური ღრუს. ამავდროულად, Bismuth Telluride ოპტიკური ღრუ ინტეგრირებულია ფოტონურ კრისტალთან, რათა მიაღწიოს ანომალიური ოპტიკური ეფექტს, რომელიც მსგავსია ატომური სისტემის ელექტრომაგნიტურად გამოწვეულ გამჭვირვალობასთან, რომელიც უზრუნველყოფს ახალ მეთოდს მიკროკონსტრუქციის სპექტრის რეგულირებისთვის. ეს კვლევა გარკვეულ როლს ასრულებს ტოპოლოგიური იზოლატორის მასალების კვლევების პოპულარიზაციაში მსუბუქი რეგულირებისა და ოპტიკური ფუნქციური მოწყობილობებით.