نطاق اتصال بصري، مرنان بصري رفيع جدًا

نطاق اتصال بصري، مرنان بصري رفيع جدًا
يمكن للرنانات الضوئية تحديد أطوال موجية محددة من موجات الضوء في مساحة محدودة، ولها تطبيقات مهمة في التفاعل بين الضوء والمادة،الاتصالات البصريةوالاستشعار البصري والتكامل البصري. يعتمد حجم الرنان بشكل أساسي على خصائص المادة وطول موجة التشغيل، على سبيل المثال، تتطلب مرنانات السيليكون العاملة في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة عادةً هياكل بصرية بمئات النانومترات وما فوق. في السنوات الأخيرة، اجتذبت الرنانات الضوئية المستوية فائقة الرقة الكثير من الاهتمام نظرًا لتطبيقاتها المحتملة في الألوان الهيكلية والتصوير المجسم وتنظيم مجال الضوء والأجهزة الإلكترونية البصرية. تعد كيفية تقليل سمك الرنانات المستوية إحدى المشكلات الصعبة التي يواجهها الباحثون.
تختلف العوازل الطوبولوجية ثلاثية الأبعاد (مثل تيلوريد البزموت وتيلوريد الأنتيمون وسيلينيد البزموت وما إلى ذلك) عن مواد أشباه الموصلات التقليدية، وهي مواد معلوماتية جديدة ذات حالات سطحية معدنية محمية طوبولوجيًا وحالات عازلة. الحالة السطحية محمية من خلال تناظر الانعكاس الزمني، ولا تتبعثر إلكتروناتها بواسطة شوائب غير مغناطيسية، وهو ما له آفاق تطبيق مهمة في الحوسبة الكمومية منخفضة الطاقة والأجهزة الإلكترونية السبينية. وفي الوقت نفسه، تُظهر المواد العازلة الطوبولوجية أيضًا خصائص بصرية ممتازة، مثل معامل الانكسار العالي والخط الكبير غير الخطي.بصريالمعامل، نطاق العمل الواسع، قابلية الضبط، التكامل السهل، وما إلى ذلك، مما يوفر منصة جديدة لتحقيق تنظيم الضوء والأجهزة الإلكترونية الضوئية.
اقترح فريق بحث في الصين طريقة لتصنيع رنانات بصرية رفيعة للغاية باستخدام أغشية نانوية عازلة طوبولوجية من البزموت تيلوريد تنمو على مساحة كبيرة. يُظهر التجويف البصري خصائص امتصاص الرنين الواضحة في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة. يحتوي تيلوريد البزموت على معامل انكسار مرتفع جدًا يزيد عن 6 في نطاق الاتصال البصري (أعلى من معامل انكسار المواد التقليدية ذات معامل الانكسار العالي مثل السيليكون والجرمانيوم)، بحيث يمكن أن يصل سمك التجويف البصري إلى واحد على عشرين من الرنين الطول الموجي. في الوقت نفسه، يتم ترسيب الرنان البصري على بلورة فوتونية أحادية البعد، ويلاحظ تأثير شفافية جديد مستحث كهرومغناطيسيًا في نطاق الاتصال البصري، والذي يرجع إلى اقتران الرنان مع بلازمون تام وتداخله المدمر . تعتمد الاستجابة الطيفية لهذا التأثير على سمك الرنان البصري وتكون قوية لتغير معامل الانكسار المحيط. يفتح هذا العمل طريقة جديدة لتحقيق التجويف البصري فائق النحافة، وتنظيم طيف المواد العازلة الطوبولوجية، والأجهزة الإلكترونية البصرية.
كما هو مبين في الشكل. في الشكل 1 أ و1 ب، يتكون المرنان البصري بشكل أساسي من عازل طوبولوجي تيلورايد البزموت وأغشية نانوية فضية. تتميز الأغشية النانوية تيلورايد البزموت المحضرة بواسطة رش المغنطرون بمساحة كبيرة وتسطيح جيد. عندما يكون سمك تيلوريد البزموت والأفلام الفضية 42 نانومتر و30 نانومتر، على التوالي، يُظهر التجويف البصري امتصاصًا قويًا للرنين في النطاق من 1100 إلى 1800 نانومتر (الشكل 1 ج). عندما قام الباحثون بدمج هذا التجويف البصري في بلورة فوتونية مصنوعة من أكوام متناوبة من طبقات Ta2O5 (182 نانومتر) وSiO2 (260 نانومتر) (الشكل 1هـ)، ظهر وادي امتصاص مميز (الشكل 1و) بالقرب من ذروة امتصاص الرنين الأصلية (~ 1550 نانومتر)، وهو مشابه لتأثير الشفافية المستحث الكهرومغناطيسي الذي تنتجه الأنظمة الذرية.

تم تشخيص مادة تيلوريد البزموت بواسطة المجهر الإلكتروني النافذ والقياس الإهليلجي. تين. يُظهر الشكل 2a-2c صورًا مجهرية إلكترونية للإرسال (صور عالية الدقة) وأنماط حيود الإلكترون المختارة لأغشية نانوية البزموت تيلوريد. يتبين من الشكل أن الأغشية النانوية تيلوريد البزموت المحضرة هي مواد متعددة البلورات، واتجاه النمو الرئيسي هو (015) المستوى البلوري. يوضح الشكل 2d-2f معامل الانكسار المعقد لتيلوريد البزموت المقاس بمقياس القطع الناقص وحالة السطح المجهزة ومؤشر الانكسار المعقد للحالة. أظهرت النتائج أن معامل انقراض الحالة السطحية أكبر من معامل الانكسار في المدى من 230 إلى 1930 نانومتر، مما يظهر خصائص تشبه المعدن. يكون معامل انكسار الجسم أكثر من 6 عندما يكون الطول الموجي أكبر من 1385 نانومتر، وهو أعلى بكثير من السيليكون والجرمانيوم وغيرها من المواد التقليدية ذات معامل الانكسار العالي في هذا النطاق، مما يضع الأساس لتحضير أجهزة فائقة الانكسار. -رنانات بصرية رقيقة. ويشير الباحثون إلى أن هذا هو أول تحقيق تم الإبلاغ عنه لتجويف بصري مستوٍ للعازل الطوبولوجي بسمك عشرات النانومترات فقط في نطاق الاتصال البصري. بعد ذلك، تم قياس طيف الامتصاص وطول موجة الرنين للتجويف البصري الرقيق للغاية بسمك تيلوريد البزموت. أخيرًا، تم دراسة تأثير سماكة طبقة الفضة على أطياف الشفافية المستحثة كهرومغناطيسيًا في هياكل البلورات الضوئية والتجويف النانوي البزموت تيلوريد.

من خلال تحضير أغشية رقيقة مسطحة ذات مساحة كبيرة من العوازل الطوبولوجية تيلوريد البزموت، والاستفادة من معامل الانكسار العالي للغاية لمواد تيلوريد البزموت في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة، يتم الحصول على تجويف بصري مستو بسمك عشرات النانومترات فقط. يمكن للتجويف البصري الرقيق للغاية تحقيق امتصاص فعال للضوء الرنان في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة، وله قيمة تطبيقية مهمة في تطوير الأجهزة الإلكترونية الضوئية في نطاق الاتصالات البصرية. سمك التجويف البصري تيلوريد البزموت خطي بالنسبة لطول موجة الرنين، وهو أصغر من سمك التجويف البصري المشابه للسيليكون والجرمانيوم. وفي الوقت نفسه، تم دمج التجويف البصري تيلوريد البزموت مع البلورة الضوئية لتحقيق التأثير البصري الشاذ المشابه للشفافية المستحثة كهرومغناطيسيًا للنظام الذري، مما يوفر طريقة جديدة لتنظيم الطيف للبنية المجهرية. تلعب هذه الدراسة دورًا معينًا في تعزيز أبحاث المواد العازلة الطوبولوجية في تنظيم الضوء والأجهزة الوظيفية البصرية.