Komunikazio optikoko banda, erresonadore optiko ultra-mehea
Erresonadore optikoek argi-uhinen uhin-luzera espezifikoak lokalizatu ditzakete espazio mugatu batean, eta aplikazio garrantzitsuak dituzte argi-materia interakzioan.komunikazio optikoa, detekzio optikoa eta integrazio optikoa. Erresonadorearen tamaina batez ere materialaren ezaugarrien eta funtzionamendu-uhin-luzeraren araberakoa da, adibidez, infragorri hurbileko bandan funtzionatzen duten siliziozko erresonadoreek ehunka nanometro eta gehiagoko egitura optikoak behar dituzte normalean. Azken urteotan, erresonadore optiko planar ultra-meheek arreta handia erakarri dute, kolore estrukturalean, irudi holografikoan, argi-eremuaren erregulazioan eta gailu optoelektronikoetan dituzten aplikazio potentzialengatik. Erresonadore planarren lodiera nola murriztu ikertzaileek dituzten arazo zailenetako bat da.
Ohiko erdieroale materialetatik desberdinak, 3D isolatzaile topologikoak (bismuto telururoa, antimonio telururoa, bismuto selenuroa, etab.) informazio-material berriak dira, gainazaleko metal-egoera eta isolatzaile-egoera topologikoki babestuak dituztenak. Gainazaleko egoera denbora-inbertsioaren simetriak babesten du, eta bere elektroiak ez dira sakabanatzen ezpurutasun ez-magnetikoek, eta horrek aplikazio-aukera garrantzitsuak ditu potentzia txikiko konputazio kuantikoan eta gailu spintronikoetan. Aldi berean, isolatzaile topologikoek propietate optiko bikainak ere erakusten dituzte, hala nola errefrakzio-indize altua, propietate ez-lineal handiak...optikoakoefizientea, lan-espektro zabala, sintonizagarritasuna, integrazio erraza, etab., argiaren erregulazioa gauzatzeko plataforma berri bat eskaintzen duena etagailu optoelektronikoak.
Txinako ikerketa-talde batek bismuto telururozko isolatzaile topologikoen nanofilm hazkuntza handiko eremuak erabiliz erresonadore optiko ultrameheak fabrikatzeko metodo bat proposatu du. Barrunbe optikoak erresonantzia-xurgapen ezaugarri nabarmenak erakusten ditu infragorri hurbileko bandan. Bismuto telururoak errefrakzio-indize oso altua du, 6 baino gehiagokoa komunikazio optikoko bandan (silizioa eta germanioa bezalako errefrakzio-indize handiko materialen errefrakzio-indizea baino handiagoa), beraz, barrunbe optikoaren lodiera erresonantzia-uhin-luzeraren hogeiren batera irits daiteke. Aldi berean, erresonadore optikoa kristal fotoniko unidimentsional batean jartzen da, eta gardentasun-efektu elektromagnetikoki induzitu berri bat ikusten da komunikazio optikoko bandan, erresonadorea Tamm plasmoiarekin akoplatzearen eta bere interferentzia suntsitzailearen ondoriozkoa. Efektu honen erantzun espektrala erresonadore optikoaren lodieraren araberakoa da eta inguruneko errefrakzio-indizearen aldaketaren aurrean sendoa da. Lan honek bide berri bat irekitzen du barrunbe optiko ultramehea, isolatzaile topologikoen materialaren espektro-erregulazioa eta gailu optoelektronikoak gauzatzeko.
1a eta 1b irudietan erakusten den bezala, erresonadore optikoa batez ere bismuto teluridozko isolatzaile topologiko batez eta zilarrezko nanofilmez osatuta dago. Magnetroi bidezko sputtering bidez prestatutako bismuto teluridozko nanofilmek azalera handia eta lautasun ona dute. Bismuto teluridozko eta zilarrezko filmen lodiera 42 nm eta 30 nm denean, hurrenez hurren, barrunbe optikoak erresonantzia-xurgapen handia erakusten du 1100~1800 nm-ko bandan (1c irudia). Ikertzaileek barrunbe optiko hau Ta2O5 (182 nm) eta SiO2 (260 nm) geruzen pila txandakatuz osatutako kristal fotoniko batean integratu zutenean (1e irudia), xurgapen-haran nabarmen bat (1f irudia) agertu zen jatorrizko xurgapen-gailur erresonantearen (~1550 nm) ondoan, sistema atomikoek sortutako gardentasun-efektu elektromagnetikoki induzituaren antzekoa dena.
Bismuto telururo materiala transmisio-mikroskopia elektronikoaren eta elipsometriaren bidez karakterizatu zen. 2a-2c irudiek bismuto telururo nanofilmen transmisio-mikroskopia elektronikoak (bereizmen handiko irudiak) eta hautatutako elektroi-difrakzio-ereduak erakusten dituzte. Irudian ikus daiteke prestatutako bismuto telururo nanofilmak material polikristalinoak direla, eta hazkuntza-orientazio nagusia (015) kristal-planoa dela. 2d-2f irudiek elipsometro bidez neurtutako bismuto telururoaren errefrakzio-indize konplexua eta egokitutako gainazal-egoera eta egoera konplexuaren errefrakzio-indizea erakusten dituzte. Emaitzek erakusten dute gainazal-egoeraren itzaltze-koefizientea errefrakzio-indizea baino handiagoa dela 230~1930 nm-ko tartean, metal-antzeko ezaugarriak erakutsiz. Gorputzaren errefrakzio-indizea 6 baino handiagoa da uhin-luzera 1385 nm baino handiagoa denean, eta hori askoz handiagoa da banda honetako silizio, germanio eta errefrakzio-indize handiko beste materialen material tradizionalenak baino, eta horrek oinarriak ezartzen ditu erresonadore optiko ultra-meheak prestatzeko. Ikertzaileek adierazi dute hau dela komunikazio optikoen bandan hamarnaka nanometroko lodiera duen barrunbe optiko planar isolatzaile topologiko baten lehen gauzatzea jakinarazi den aldia. Ondoren, barrunbe optiko ultra-mehearen xurgapen-espektroa eta erresonantzia-uhin-luzera neurtu ziren bismuto telururoaren lodierarekin. Azkenik, zilarrezko filmaren lodierak bismuto telururo nanobarrunbe/kristal fotonikoen egituretan elektromagnetikoki eragindako gardentasun-espektroetan duen eragina ikertu da.
Bismuto teluridozko isolatzaile topologikoen film mehe eta lauak prestatuz, eta infragorri hurbileko bandan bismuto telurido materialen errefrakzio-indize ultra-altua aprobetxatuz, hamarnaka nanometroko lodiera duen barrunbe optiko planar bat lortzen da. Barrunbe optiko ultra-meheak argiaren xurgapen erresonante eraginkorra lor dezake infragorri hurbileko bandan, eta aplikazio-balio garrantzitsua du komunikazio optikoko bandan gailu optoelektronikoen garapenean. Bismuto teluridozko barrunbe optikoaren lodiera lineala da uhin-luzera erresonantearekiko, eta siliziozko eta germaniozko antzeko barrunbe optikoena baino txikiagoa da. Aldi berean, bismuto teluridozko barrunbe optikoa kristal fotonikoarekin integratzen da sistema atomikoaren gardentasun elektromagnetikoki eragindakoaren antzeko efektu optiko anomaloa lortzeko, eta horrek mikroegituraren espektro-erregulaziorako metodo berri bat eskaintzen du. Ikerketa honek zeregin garrantzitsua du argiaren erregulazioan eta gailu funtzional optikoetan isolatzaile topologikoen ikerketa sustatzeko.
Argitaratze data: 2024ko irailaren 30a