Оптикалык байланыш тилкеси, өтө жука оптикалык резонатор

Оптикалык байланыш тилкеси, өтө жука оптикалык резонатор
Оптикалык резонаторлор жарык толкундарынын белгилүү бир толкун узундуктарын чектелген мейкиндикте локалдаштыра алышат жана жарык-заттын өз ара аракеттенишүүсүндө маанилүү колдонмолорго ээ,оптикалык байланыш, оптикалык сезүү жана оптикалык интеграция. Резонатордун өлчөмү негизинен материалдын мүнөздөмөлөрүнө жана иштөөчү толкун узундугуна жараша болот, мисалы, жакынкы инфракызыл тилкеде иштеген кремний резонаторлору, адатта, жүздөгөн нанометр жана андан жогору оптикалык түзүлүштөрдү талап кылат. Акыркы жылдары өтө жука тегиз оптикалык резонаторлор структуралык түстө, голографиялык сүрөткө тартууда, жарык талаасын жөнгө салууда жана оптоэлектрондук түзүлүштөрдө колдонулушу мүмкүн болгондуктан, көп көңүл бурду. Тегиз резонаторлордун калыңдыгын кантип азайтуу изилдөөчүлөр туш болгон татаал көйгөйлөрдүн бири.
Салттуу жарым өткөргүч материалдардан айырмаланып, 3D топологиялык изоляторлор (мисалы, висмут теллуриди, сурьма теллуриди, висмут селениди ж.б.) топологиялык жактан корголгон металл беттик абалдары жана изолятор абалдары бар жаңы маалымат материалдары болуп саналат. Беттик абал убакыттын инверсиясынын симметриясы менен корголгон жана анын электрондору магниттик эмес кошулмалар менен чачырабайт, бул аз кубаттуулуктагы кванттык эсептөөлөрдө жана спинтрондук түзүлүштөрдө колдонуунун маанилүү келечегине ээ. Ошол эле учурда, топологиялык изолятор материалдары жогорку сынуу көрсөткүчү, чоң сызыктуу эмес сынуу сыяктуу эң сонун оптикалык касиеттерди да көрсөтөт.оптикалыккоэффициент, кеңири жумушчу спектр диапазону, тууралоо, оңой интеграциялоо ж.б., бул жарыкты жөнгө салууну ишке ашыруу үчүн жаңы платформаны камсыз кылат жанаоптоэлектрондук түзүлүштөр.
Кытайдагы изилдөө тобу чоң аянтты өстүрүүчү висмут теллуридинин топологиялык изолятор нанофильмдерин колдонуу менен өтө жука оптикалык резонаторлорду жасоо ыкмасын сунуштады. Оптикалык көңдөй жакын инфракызыл тилкеде резонанстык жутуу мүнөздөмөлөрүн көрсөтөт. Висмут теллуридинин оптикалык байланыш тилкесинде 6дан ашык өтө жогорку сынуу көрсөткүчү бар (кремний жана германий сыяктуу салттуу жогорку сынуу көрсөткүчтүү материалдардын сынуу көрсөткүчүнөн жогору), ошондуктан оптикалык көңдөйдүн калыңдыгы резонанстык толкун узундугунун жыйырмадан бир бөлүгүнө жетиши мүмкүн. Ошол эле учурда, оптикалык резонатор бир өлчөмдүү фотондук кристаллга жайгаштырылат жана оптикалык байланыш тилкесинде жаңы электромагниттик индукцияланган тунуктук эффектиси байкалат, бул резонатордун Тамм плазмону менен байланышына жана анын деструктивдүү интерференциясына байланыштуу. Бул эффекттин спектрдик реакциясы оптикалык резонатордун калыңдыгына көз каранды жана айлана-чөйрөнүн сынуу көрсөткүчүнүн өзгөрүшүнө туруктуу. Бул иш өтө жука оптикалык көңдөйдү, топологиялык изолятор материалынын спектрин жөнгө салууну жана оптоэлектрондук түзүлүштөрдү ишке ашыруу үчүн жаңы жол ачат.
1a жана 1b сүрөттөрүндө көрсөтүлгөндөй, оптикалык резонатор негизинен висмут теллуридинин топологиялык изоляторунан жана күмүш нанофильмдеринен турат. Магнетрондук чачыратуу жолу менен даярдалган висмут теллуридинин нанофильмдери чоң аянтка жана жакшы тегиздикке ээ. Висмут теллуридинин жана күмүш пленкаларынын калыңдыгы тиешелүүлүгүнө жараша 42 нм жана 30 нм болгондо, оптикалык көңдөй 1100 ~ 1800 нм тилкесинде күчтүү резонанстык сиңирүүнү көрсөтөт (1c-сүрөт). Изилдөөчүлөр бул оптикалык көңдөйдү Ta2O5 (182 нм) жана SiO2 (260 нм) катмарларынын кезектешип турган стектеринен жасалган фотондук кристаллга интеграциялаганда (1e-сүрөт), баштапкы резонанстык сиңирүү чокусунун (~1550 нм) жанында өзгөчө сиңирүү өрөөнү пайда болгон (1f-сүрөт), бул атомдук системалар тарабынан пайда болгон электромагниттик индукцияланган тунуктук эффектине окшош.

Висмут теллурид материалы трансмиссиялык электрондук микроскопия жана эллипсометрия менен мүнөздөлгөн. 2a-2c-сүрөттө висмут теллуридинин нанофильмдеринин трансмиссиялык электрондук микрографтары (жогорку чечилиштеги сүрөттөр) жана тандалган электрондук дифракциялык үлгүлөрү көрсөтүлгөн. Сүрөттөн көрүнүп тургандай, даярдалган висмут теллуридинин нанофильмдери поликристаллдык материалдар болуп саналат жана негизги өсүү багыты (015) кристалл тегиздиги. 2d-2f-сүрөттө эллипсометр жана орнотулган беттик абал жана комплекстик абалдагы сынуу көрсөткүчү менен өлчөнгөн висмут теллуридинин комплекстүү сынуу көрсөткүчү көрсөтүлгөн. Жыйынтыктар беттик абалдын өчүү коэффициенти 230~1930 нм диапазонундагы сынуу көрсөткүчүнөн чоң экенин көрсөтүп, металл сыяктуу мүнөздөмөлөрдү көрсөтөт. Толкун узундугу 1385 нмден жогору болгондо дененин сынуу көрсөткүчү 6дан жогору болот, бул кремний, германий жана башка салттуу жогорку сынуу көрсөткүчүнө ээ материалдардын бул тилкедеги сынуу көрсөткүчүнө караганда бир топ жогору, бул өтө жука оптикалык резонаторлорду даярдоо үчүн негиз түзөт. Изилдөөчүлөр бул оптикалык байланыш тилкесинде калыңдыгы ондогон нанометр болгон топологиялык изоляторлуу тегиз оптикалык көңдөйдүн биринчи жолу ишке ашырылышы экенин белгилешет. Андан кийин, өтө жука оптикалык көңдөйдүн сиңирүү спектри жана резонанстык толкун узундугу висмут теллуридинин калыңдыгы менен өлчөнгөн. Акырында, күмүш пленкасынын калыңдыгынын висмут теллуридинин нанокөйдө/фотондук кристаллдык структураларындагы электромагниттик индукцияланган тунуктук спектрлерине тийгизген таасири изилденет.

Висмут теллуридинин топологиялык изоляторлорунун чоң аянттагы жалпак жука пленкаларын даярдоо жана жакынкы инфракызыл тилкедеги висмут теллурид материалдарынын өтө жогорку сынуу көрсөткүчүн пайдалануу менен, калыңдыгы ондогон нанометр болгон тегиз оптикалык көңдөй алынат. Өтө жука оптикалык көңдөй жакынкы инфракызыл тилкеде натыйжалуу резонанстык жарыкты сиңирүүнү ишке ашыра алат жана оптикалык байланыш тилкесиндеги оптоэлектрондук түзүлүштөрдү иштеп чыгууда маанилүү колдонмо мааниге ээ. Висмут теллуридинин оптикалык көңдөйүнүн калыңдыгы резонанстык толкун узундугуна сызыктуу жана окшош кремний жана германий оптикалык көңдөйүнө караганда кичине. Ошол эле учурда, висмут теллуридинин оптикалык көңдөйү атомдук системанын электромагниттик индукцияланган тунуктугуна окшош аномалдык оптикалык эффектке жетүү үчүн фотондук кристалл менен интеграцияланган, бул микроструктуранын спектрин жөнгө салуунун жаңы ыкмасын камсыз кылат. Бул изилдөө жарыкты жөнгө салууда жана оптикалык функционалдык түзүлүштөрдө топологиялык изолятор материалдарын изилдөөнү илгерилетүүдө белгилүү бир ролду ойнойт.