अप्टिकल कम्युनिकेसन ब्यान्ड, अल्ट्रा-थिन अप्टिकल रेजोनेटर

अप्टिकल कम्युनिकेसन ब्यान्ड, अल्ट्रा-थिन अप्टिकल रेजोनेटर
अप्टिकल रेजोनेटरहरूले सीमित ठाउँमा प्रकाश तरंगहरूको विशिष्ट तरंगदैर्ध्यलाई स्थानीयकरण गर्न सक्छन्, र प्रकाश-पदार्थ अन्तरक्रियामा महत्त्वपूर्ण अनुप्रयोगहरू छन्,अप्टिकल कम्युनिकेसन, अप्टिकल सेन्सिङ, र अप्टिकल एकीकरण। रेजोनेटरको आकार मुख्यतया सामग्री विशेषताहरू र सञ्चालन तरंगदैर्ध्यमा निर्भर गर्दछ, उदाहरणका लागि, नजिकको इन्फ्रारेड ब्यान्डमा सञ्चालन हुने सिलिकन रेजोनेटरहरूलाई सामान्यतया सयौं न्यानोमिटर र माथिको अप्टिकल संरचनाहरू आवश्यक पर्दछ। हालका वर्षहरूमा, अल्ट्रा-थिन प्लानर अप्टिकल रेजोनेटरहरूले संरचनात्मक रंग, होलोग्राफिक इमेजिङ, प्रकाश क्षेत्र नियमन र अप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूमा तिनीहरूको सम्भावित अनुप्रयोगहरूको कारणले धेरै ध्यान आकर्षित गरेका छन्। प्लानर रेजोनेटरहरूको मोटाई कसरी घटाउने भन्ने अनुसन्धानकर्ताहरूले सामना गर्ने कठिन समस्याहरू मध्ये एक हो।
परम्परागत अर्धचालक सामग्रीहरू भन्दा फरक, थ्रीडी टोपोलोजिकल इन्सुलेटरहरू (जस्तै बिस्मथ टेलुराइड, एन्टिमोनी टेलुराइड, बिस्मथ सेलेनाइड, आदि) टोपोलोजिकल रूपमा संरक्षित धातु सतह अवस्था र इन्सुलेटर अवस्थाहरू भएका नयाँ सूचना सामग्रीहरू हुन्। सतह अवस्था समय उल्टोको सममितिद्वारा सुरक्षित हुन्छ, र यसको इलेक्ट्रोनहरू गैर-चुम्बकीय अशुद्धताहरूद्वारा छरिएका हुँदैनन्, जसको कम-शक्ति क्वान्टम कम्प्युटिङ र स्पिन्ट्रोनिक उपकरणहरूमा महत्त्वपूर्ण अनुप्रयोग सम्भावनाहरू छन्। एकै समयमा, टोपोलोजिकल इन्सुलेटर सामग्रीहरूले उत्कृष्ट अप्टिकल गुणहरू पनि देखाउँछन्, जस्तै उच्च अपवर्तक सूचकांक, ठूलो गैर-रेखीयअप्टिकलगुणांक, फराकिलो कार्य स्पेक्ट्रम दायरा, ट्युनेबिलिटी, सजिलो एकीकरण, आदि, जसले प्रकाश नियमनको प्राप्तिको लागि नयाँ प्लेटफर्म प्रदान गर्दछ रअप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू.
चीनको एक अनुसन्धान टोलीले ठूलो क्षेत्रफलमा बढ्दो बिस्मथ टेलुराइड टोपोलोजिकल इन्सुलेटर न्यानोफिल्महरू प्रयोग गरेर अल्ट्रा-थिन अप्टिकल रेजोनेटरहरूको निर्माणको लागि एक विधि प्रस्ताव गरेको छ। अप्टिकल गुहाले नजिकको इन्फ्रारेड ब्यान्डमा स्पष्ट अनुनाद अवशोषण विशेषताहरू देखाउँछ। बिस्मथ टेलुराइडको अप्टिकल संचार ब्यान्डमा ६ भन्दा बढीको धेरै उच्च अपवर्तक सूचकांक छ (सिलिकन र जर्मेनियम जस्ता परम्परागत उच्च अपवर्तक सूचकांक सामग्रीहरूको अपवर्तक सूचकांक भन्दा उच्च), जसले गर्दा अप्टिकल गुहा मोटाई अनुनाद तरंगदैर्ध्यको एक-बीसौं भागमा पुग्न सक्छ। एकै समयमा, अप्टिकल रेजोनेटर एक-आयामी फोटोनिक क्रिस्टलमा जम्मा हुन्छ, र अप्टिकल संचार ब्यान्डमा एक उपन्यास विद्युत चुम्बकीय रूपमा प्रेरित पारदर्शिता प्रभाव अवलोकन गरिन्छ, जुन ट्याम प्लाज्मोनसँग रेजोनेटरको युग्मन र यसको विनाशकारी हस्तक्षेपको कारणले हुन्छ। यस प्रभावको वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया अप्टिकल रेजोनेटरको मोटाईमा निर्भर गर्दछ र परिवेश अपवर्तक सूचकांकको परिवर्तनको लागि बलियो छ। यो कामले अल्ट्राथिन अप्टिकल गुहा, टोपोलोजिकल इन्सुलेटर सामग्री स्पेक्ट्रम नियमन र अप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूको प्राप्तिको लागि नयाँ बाटो खोल्छ।
चित्र १a र १b मा देखाइए अनुसार, अप्टिकल रेजोनेटर मुख्यतया बिस्मथ टेलुराइड टोपोलोजिकल इन्सुलेटर र सिल्भर न्यानोफिल्महरू मिलेर बनेको हुन्छ। म्याग्नेट्रोन स्पटरिङद्वारा तयार पारिएका बिस्मथ टेलुराइड न्यानोफिल्महरूमा ठूलो क्षेत्रफल र राम्रो समतलता हुन्छ। जब बिस्मथ टेलुराइड र सिल्भर फिल्महरूको मोटाई क्रमशः ४२ nm र ३० nm हुन्छ, अप्टिकल गुहाले ११००~१८०० nm (चित्र १c) को ब्यान्डमा बलियो अनुनाद अवशोषण प्रदर्शन गर्दछ। जब अनुसन्धानकर्ताहरूले यो अप्टिकल गुहालाई Ta2O5 (१८२ nm) र SiO2 (२६० nm) तहहरू (चित्र १e) को वैकल्पिक स्ट्याकहरूबाट बनेको फोटोनिक क्रिस्टलमा एकीकृत गरे, मूल अनुनाद अवशोषण शिखर (~१५५० nm) नजिकै एक विशिष्ट अवशोषण उपत्यका (चित्र १f) देखा पर्‍यो, जुन परमाणु प्रणालीहरू द्वारा उत्पादित विद्युत चुम्बकीय रूपमा प्रेरित पारदर्शिता प्रभाव जस्तै हो।

बिस्मथ टेलुराइड सामग्रीलाई ट्रान्समिशन इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी र इलिप्सोमेट्री द्वारा विशेषता गरिएको थियो। चित्र २a-२c ले ट्रान्समिशन इलेक्ट्रोन माइक्रोग्राफ (उच्च-रिजोल्युसन छविहरू) र बिस्मथ टेलुराइड न्यानोफिल्महरूको चयन गरिएको इलेक्ट्रोन विवर्तन ढाँचाहरू देखाउँछ। यो चित्रबाट देख्न सकिन्छ कि तयार गरिएका बिस्मथ टेलुराइड न्यानोफिल्महरू पोलिक्रिस्टलाइन सामग्रीहरू हुन्, र मुख्य वृद्धि अभिमुखीकरण (०१५) क्रिस्टल प्लेन हो। चित्र २d-२f ले इलिप्सोमिटर द्वारा मापन गरिएको बिस्मथ टेलुराइडको जटिल अपवर्तक सूचकांक र फिट गरिएको सतह अवस्था र अवस्था जटिल अपवर्तक सूचकांक देखाउँछ। परिणामहरूले देखाउँछन् कि सतह अवस्थाको विलुप्त गुणांक २३०~१९३० एनएमको दायरामा अपवर्तक सूचकांक भन्दा ठूलो छ, जसले धातु जस्तो विशेषताहरू देखाउँछ। १३८५ एनएम भन्दा बढी तरंगदैर्ध्य हुँदा शरीरको अपवर्तक सूचकांक ६ भन्दा बढी हुन्छ, जुन यस ब्यान्डमा सिलिकन, जर्मेनियम र अन्य परम्परागत उच्च-अपवर्तक सूचकांक सामग्रीहरू भन्दा धेरै बढी हुन्छ, जसले अल्ट्रा-थिन अप्टिकल रेजोनेटरहरूको तयारीको लागि जग बसाल्छ। अनुसन्धानकर्ताहरूले औंल्याए कि यो अप्टिकल कम्युनिकेशन ब्यान्डमा केवल दसौं न्यानोमिटरको मोटाई भएको टोपोलोजिकल इन्सुलेटर प्लानर अप्टिकल गुहाको पहिलो रिपोर्ट गरिएको प्राप्ति हो। त्यसपछि, अल्ट्रा-थिन अप्टिकल गुहाको अवशोषण स्पेक्ट्रम र अनुनाद तरंगदैर्ध्य बिस्मथ टेलुराइडको मोटाईसँग मापन गरिएको थियो। अन्तमा, बिस्मथ टेलुराइड न्यानोक्याभिटी/फोटोनिक क्रिस्टल संरचनाहरूमा विद्युत चुम्बकीय रूपमा प्रेरित पारदर्शिता स्पेक्ट्रामा चाँदीको फिल्म मोटाईको प्रभावको अनुसन्धान गरिन्छ।

बिस्मथ टेलुराइड टोपोलोजिकल इन्सुलेटरहरूको ठूलो क्षेत्रफलको समतल पातलो फिल्महरू तयार गरेर, र नजिकको इन्फ्रारेड ब्यान्डमा बिस्मथ टेलुराइड सामग्रीहरूको अल्ट्रा-उच्च अपवर्तक सूचकांकको फाइदा उठाउँदै, केवल दसौं न्यानोमिटरको मोटाई भएको समतल अप्टिकल गुहा प्राप्त गरिन्छ। अति-पातलो अप्टिकल गुहाले नजिकको इन्फ्रारेड ब्यान्डमा कुशल अनुनाद प्रकाश अवशोषण महसुस गर्न सक्छ, र अप्टिकल संचार ब्यान्डमा अप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूको विकासमा महत्त्वपूर्ण अनुप्रयोग मूल्य छ। बिस्मथ टेलुराइड अप्टिकल गुहाको मोटाई अनुनाद तरंगदैर्ध्यको लागि रेखीय छ, र समान सिलिकन र जर्मेनियम अप्टिकल गुहाको भन्दा सानो छ। एकै समयमा, बिस्मथ टेलुराइड अप्टिकल गुहालाई परमाणु प्रणालीको विद्युत चुम्बकीय रूपमा प्रेरित पारदर्शिता जस्तै असामान्य अप्टिकल प्रभाव प्राप्त गर्न फोटोनिक क्रिस्टलसँग एकीकृत गरिएको छ, जसले माइक्रोस्ट्रक्चरको स्पेक्ट्रम नियमनको लागि नयाँ विधि प्रदान गर्दछ। यो अध्ययनले प्रकाश नियमन र अप्टिकल कार्यात्मक उपकरणहरूमा टोपोलोजिकल इन्सुलेटर सामग्रीहरूको अनुसन्धानलाई प्रवर्द्धन गर्न निश्चित भूमिका खेल्छ।