Optiki aragatnaşyk zolagy, ultra inçe optiki rezonator

Optiki aragatnaşyk zolagy, ultra inçe optiki rezonator
Optiki rezonatorlar çäkli giňişlikde ýagtylyk tolkunlarynyň belli bir tolkun uzynlyklaryny lokallaşdyryp bilýärler we ýagtylyk-madde özara täsirinde möhüm ulanylyşlara eýedirler,optiki aragatnaşyk, optik duýujylyk we optik integrasiýa. Rezonatoryň ululygy, esasan, materialyň häsiýetlerine we işleýän tolkun uzynlygyna baglydyr, mysal üçin, ýakyn infragyzyl zolakda işleýän kremniý rezonatorlary adatça ýüzlerçe nanometr we ondan ýokary optiki gurluşlary talap edýär. Soňky ýyllarda ultra inçe tekiz optiki rezonatorlar gurluş reňkinde, golografiki suratlarda, ýagtylyk meýdanyny düzgünleşdirmekde we optoelektron enjamlarda mümkin bolan ulanylyşy sebäpli köp üns çekdi. Tekiz rezonatorlaryň galyňlygyny nädip azaltmalydygy barlagçylaryň ýüzbe-ýüz bolýan kyn meseleleriniň biridir.
Adaty ýarymgeçiriji materiallardan tapawutlylykda, 3D topologiki izolýatorlar (wismut telluridi, antimon telluridi, vismut selenid we ş.m.) topologiki taýdan goralýan metal ýüzi we izolýator ýagdaýlaryna eýe bolan täze maglumat materiallarydyr. Ýüzi ýagdaý wagtyň inwersiýasynyň simmetriýasy bilen goralýar we onuň elektronlary magnit däl garyndylar bilen dargamaýar, bu bolsa pes kuwwatly kwantum hasaplamalarynda we spintronik enjamlarda möhüm ulanyş mümkinçiliklerine eýedir. Şol bir wagtyň özünde, topologiki izolýator materiallary ýokary synma görkezijisi, uly çyzykly däl ýaly ajaýyp optiki häsiýetleri hem görkezýär.optikikoeffisiýent, giň iş spektri diapazony, sazlanmagy, aňsat integrasiýa we ş.m., bu bolsa ýagtylygy düzgünleşdirmegi amala aşyrmak üçin täze platforma döredýär weoptoelektron enjamlar.
Hytaýdaky ylmy-barlag topary uly meýdany ösdürýän bizmut tellurid topologik izolýator nanofilmlerini ulanmak arkaly ultra inçe optiki rezonatorlary öndürmek üçin usul teklip etdi. Optiki boşluk ýakyn infragyzyl zolakda aýdyň rezonans siňdiriş häsiýetlerini görkezýär. Bizmut telluridiniň optiki aragatnaşyk zolagynda 6-dan ýokary (kremniý we germaniýa ýaly däp bolan ýokary refraktiv görkezijili materiallaryň refraktiv görkezijisinden ýokary) örän ýokary refraktiv görkezijisi bar, şonuň üçin optiki boşlugyň galyňlygy rezonans tolkun uzynlygynyň ýigrimiden birine ýetip biler. Şol bir wagtyň özünde, optiki rezonator bir ölçegli fotonik kristalyň üstüne goýulýar we optiki aragatnaşyk zolagynda täze elektromagnit induksiýa edilen açyklyk täsiri syn edilýär, bu bolsa rezonatoryň Tamm plazmony bilen baglanyşmagy we onuň weýran ediji päsgelçiligi bilen baglanyşyklydyr. Bu täsiriň spektral jogaby optiki rezonatoryň galyňlygyna baglydyr we daşky gurşawyň refraktiv görkezijisiniň üýtgemegine durnuklydyr. Bu iş ultra inçe optiki boşlugy, topologiki izolýator materialynyň spektrini düzgünleşdirmek we optoelektron enjamlary amala aşyrmak üçin täze ýol açýar.
1a we 1b suratlarda görkezilişi ýaly, optiki rezonator esasan vismut tellurid topologik izolýatoryndan we kümüş nanofilmlerinden ybarat. Magnetron püskürtmek arkaly taýýarlanan vismut tellurid nanofilmleri uly meýdana we gowy tekizlige eýedir. Wismut tellurid we kümüşfilmleriniň galyňlygy degişlilikde 42 nm we 30 nm bolanda, optiki boşluk 1100 ~ 1800 nm zolakda güýçli rezonans siňdirilişini görkezýär (1c surat). Barlagçylar bu optiki boşlugy Ta2O5 (182 nm) we SiO2 (260 nm) gatlaklarynyň üýtgeýän gatlaklaryndan ýasalan fotonik kristalyň üstüne integrasiýa edenlerinde (1e surat), atom ulgamlary tarapyndan öndürilýän elektromagnit arkaly döredilen açyklyk täsirine meňzeş bolan asyl rezonans siňdirilişiniň depesiniň (~1550 nm) golaýynda aýratyn siňdiriş jülgesi (1f surat) peýda boldy.

Wismut tellurid materialy transmission elektron mikroskopiýasy we ellipsometriýa arkaly häsiýetlendirildi. 2a-2c suratda transmission elektron mikrograflary (ýokary çözgütli suratlar) we bizmut tellurid nanofilmleriniň saýlanan elektron difraksiýa nusgalary görkezilýär. Suratdan taýýarlanan bizmut tellurid nanofilmleriniň polikristal materiallardygyny we esasy ösüş ugrunyň (015) kristal tekizligidigini görmek bolýar. 2d-2f suratda ellipsometr we oturdylan ýüz ýagdaýy we ýagdaýyň kompleks refraksiýa görkezijisi bilen ölçenen bizmut telluridiniň kompleks refraksiýa görkezijisi görkezilýär. Netijeler ýüz ýagdaýynyň sönme koeffisiýentiniň 230 ~ 1930 nm aralygynda refraksiýa görkezijisinden ulydygyny we metal ýaly häsiýetleri görkezýändigini görkezýär. Tolkun uzynlygy 1385 nm-den uly bolanda bedeniň döwülme görkezijisi 6-dan ýokary bolýar, bu bolsa kremniý, germaný we beýleki däp bolan ýokary döwülme görkezijili materiallaryň bu zolakdaky görkezijisinden has ýokarydyr, bu bolsa ultra inçe optiki rezonatorlary taýýarlamak üçin esas döredýär. Barlagçylar munuň optiki aragatnaşyk zolagynda diňe onlarça nanometr galyňlygy bolan topologik izolýator tekiz optiki boşlugyň ilkinji gezek amala aşyrylandygyny belleýärler. Soňra, ultra inçe optiki boşlugyň siňdiriş spektri we rezonans tolkun uzynlygy bizmut telluridiniň galyňlygy bilen ölçeldi. Ahyrsoňy, kümüş plýonkasynyň galyňlygynyň bizmut tellurid nanokowuklygyndaky/foton kristal gurluşlarynda elektromagnit arkaly induksiýa edilen açyklyk spektrlerine täsiri öwrenilýär.

Wismut tellurid topologik izolýatorlarynyň uly meýdanly tekiz inçe plýonkalaryny taýýarlamak we ýakyn infragyzyl zolakda Wismut tellurid materiallarynyň örän ýokary refraktiv görkezijisinden peýdalanmak arkaly, diňe onlarça nanometr galyňlygy bolan tekiz optiki boşluk alynýar. Ultra inçe optiki boşluk ýakyn infragyzyl zolakda netijeli rezonansly ýagtylygyň siňdirilmegini amala aşyryp bilýär we optiki aragatnaşyk zolagynda optoelektron enjamlarynyň işlenip düzülmeginde möhüm ulanyş gymmatyna eýedir. Wismut tellurid optiki boşlugynyň galyňlygy rezonansly tolkun uzynlygyna çyzyklydyr we meňzeş kremniý we germanium optiki boşlugyndan kiçidir. Şol bir wagtyň özünde, bismut tellurid optiki boşlugy atom ulgamynyň elektromagnit induksiýaly açyklygyna meňzeş anomal optiki täsire ýetmek üçin fotonik kristal bilen birleşdirilýär, bu bolsa mikrostrukturanyň spektr düzgünleşdirilmegi üçin täze usul hödürleýär. Bu gözleg ýagtylyk düzgünleşdirilişinde we optiki funksional enjamlarda topologiki izolýator materiallarynyň ylmy-barlag işlerini ösdürmekde belli bir rol oýnaýar.