ऑप्टिकल कम्युनिकेशन बँड, अल्ट्रा-थिन ऑप्टिकल रेझोनेटर

ऑप्टिकल कम्युनिकेशन बँड, अल्ट्रा-थिन ऑप्टिकल रेझोनेटर
ऑप्टिकल रेझोनेटर मर्यादित जागेत प्रकाश लहरींच्या विशिष्ट तरंगलांबी स्थानिकीकरण करू शकतात आणि प्रकाश-पदार्थांच्या परस्परसंवादामध्ये महत्त्वपूर्ण अनुप्रयोग आहेत,ऑप्टिकल संप्रेषण, ऑप्टिकल सेन्सिंग आणि ऑप्टिकल इंटिग्रेशन. रेझोनेटरचा आकार प्रामुख्याने भौतिक वैशिष्ट्यांवर आणि ऑपरेटिंग तरंगलांबीवर अवलंबून असतो, उदाहरणार्थ, जवळच्या इन्फ्रारेड बँडमध्ये कार्यरत सिलिकॉन रेझोनेटर्सना सहसा शेकडो नॅनोमीटर आणि त्याहून अधिक ऑप्टिकल संरचना आवश्यक असतात. अलिकडच्या वर्षांत, स्ट्रक्चरल कलर, होलोग्राफिक इमेजिंग, लाइट फील्ड रेग्युलेशन आणि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये त्यांच्या संभाव्य ऍप्लिकेशन्समुळे अल्ट्रा-थिन प्लानर ऑप्टिकल रेझोनेटर्सने बरेच लक्ष वेधून घेतले आहे. प्लॅनर रेझोनेटर्सची जाडी कशी कमी करायची ही संशोधकांसमोरील एक कठीण समस्या आहे.
पारंपारिक सेमीकंडक्टर मटेरियलपेक्षा वेगळे, 3D टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर (जसे की बिस्मथ टेल्युराइड, अँटीमोनी टेल्युराइड, बिस्मथ सेलेनाइड, इ.) हे टोपोलॉजिकलदृष्ट्या संरक्षित धातूच्या पृष्ठभागाच्या अवस्था आणि इन्सुलेटर राज्यांसह नवीन माहिती सामग्री आहेत. पृष्ठभागाची स्थिती वेळेच्या उलथापालथाच्या सममितीने संरक्षित आहे आणि त्याचे इलेक्ट्रॉन चुंबकीय अशुद्धतेने विखुरलेले नाहीत, ज्याला कमी-शक्तीच्या क्वांटम कॉम्प्युटिंग आणि स्पिंट्रॉनिक उपकरणांमध्ये महत्त्वपूर्ण अनुप्रयोग संभावना आहेत. त्याच वेळी, टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर सामग्री देखील उत्कृष्ट ऑप्टिकल गुणधर्म दर्शविते, जसे की उच्च अपवर्तक निर्देशांक, मोठे नॉनलाइनरऑप्टिकलगुणांक, विस्तृत कार्यरत स्पेक्ट्रम श्रेणी, ट्युनेबिलिटी, सुलभ एकत्रीकरण इ., जे प्रकाश नियमन आणिऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणे.
चीनमधील एका संशोधन पथकाने मोठ्या क्षेत्रावर वाढणाऱ्या बिस्मथ टेल्युराइड टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर नॅनोफिल्म्सचा वापर करून अल्ट्रा-थिन ऑप्टिकल रेझोनेटर तयार करण्यासाठी एक पद्धत प्रस्तावित केली आहे. ऑप्टिकल पोकळी जवळच्या इन्फ्रारेड बँडमध्ये स्पष्ट अनुनाद शोषण वैशिष्ट्ये दर्शवते. ऑप्टिकल कम्युनिकेशन बँडमध्ये बिस्मथ टेल्युराइडचा अत्यंत उच्च अपवर्तक निर्देशांक 6 पेक्षा जास्त आहे (सिलिकॉन आणि जर्मेनियम सारख्या पारंपारिक उच्च अपवर्तक निर्देशांक सामग्रीच्या अपवर्तक निर्देशांकापेक्षा जास्त), ज्यामुळे ऑप्टिकल पोकळीची जाडी रेझोनान्सच्या एक-विसाव्या भागापर्यंत पोहोचू शकते. तरंगलांबी त्याच वेळी, ऑप्टिकल रेझोनेटर एका-आयामी फोटोनिक क्रिस्टलवर जमा केले जाते आणि ऑप्टिकल कम्युनिकेशन बँडमध्ये एक नवीन इलेक्ट्रोमॅग्नेटिकली प्रेरित पारदर्शकता प्रभाव दिसून येतो, जो टॅम प्लाझमोनसह रेझोनेटरच्या जोडणीमुळे आणि त्याच्या विनाशकारी हस्तक्षेपामुळे होतो. . या प्रभावाचा वर्णक्रमीय प्रतिसाद ऑप्टिकल रेझोनेटरच्या जाडीवर अवलंबून असतो आणि सभोवतालच्या अपवर्तक निर्देशांकाच्या बदलासाठी मजबूत असतो. हे काम अल्ट्राथिन ऑप्टिकल कॅव्हिटी, टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर मटेरियल स्पेक्ट्रम रेग्युलेशन आणि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या प्राप्तीसाठी एक नवीन मार्ग उघडते.
अंजीर मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे. 1a आणि 1b, ऑप्टिकल रेझोनेटर मुख्यतः बिस्मथ टेल्युराइड टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर आणि सिल्व्हर नॅनोफिल्म्सने बनलेला असतो. मॅग्नेट्रॉन स्पटरिंगद्वारे तयार केलेल्या बिस्मथ टेल्युराइड नॅनोफिल्म्समध्ये मोठे क्षेत्रफळ आणि चांगली सपाटता असते. जेव्हा बिस्मथ टेल्युराइड आणि सिल्व्हर फिल्म्सची जाडी अनुक्रमे 42 nm आणि 30 nm असते, तेव्हा ऑप्टिकल पोकळी 1100~1800 nm (आकृती 1c) च्या बँडमध्ये मजबूत अनुनाद शोषण दर्शवते. जेव्हा संशोधकांनी ही ऑप्टिकल पोकळी Ta2O5 (182 nm) आणि SiO2 (260 nm) स्तरांच्या (आकृती 1e) थरांच्या आलटून पालटून बनवलेल्या फोटोनिक क्रिस्टलवर एकत्रित केली, तेव्हा मूळ रेझोनंट शोषक (~ शोषण) जवळ एक वेगळी शोषण दरी (आकृती 1f) दिसली. 1550 nm), जे अणू प्रणालीद्वारे उत्पादित इलेक्ट्रोमॅग्नेटिकली प्रेरित पारदर्शकता प्रभावासारखे आहे.

बिस्मुथ टेल्युराइड सामग्री ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी आणि इलिप्समेट्रीद्वारे वैशिष्ट्यीकृत होती. अंजीर. 2a-2c ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोग्राफ (उच्च-रिझोल्यूशन प्रतिमा) आणि बिस्मथ टेल्युराइड नॅनोफिल्म्सचे निवडलेले इलेक्ट्रॉन विवर्तन नमुने दाखवते. आकृतीवरून असे दिसून येते की तयार केलेले बिस्मथ टेल्युराइड नॅनोफिल्म हे पॉलीक्रिस्टलाइन पदार्थ आहेत आणि मुख्य वाढ अभिमुखता (015) क्रिस्टल समतल आहे. आकृती 2d-2f लंबवर्तुळमापकाने मोजलेले बिस्मथ टेल्युराइडचे जटिल अपवर्तक निर्देशांक आणि फिट केलेल्या पृष्ठभागाची अवस्था आणि अवस्था जटिल अपवर्तक निर्देशांक दाखवते. परिणाम दर्शवितात की पृष्ठभागाच्या अवस्थेचा विलोपन गुणांक 230~1930 nm च्या श्रेणीतील अपवर्तक निर्देशांकापेक्षा जास्त आहे, जे धातूसारखी वैशिष्ट्ये दर्शविते. शरीराचा अपवर्तक निर्देशांक 6 पेक्षा जास्त असतो जेव्हा तरंगलांबी 1385 एनएम पेक्षा जास्त असते, जी या बँडमधील सिलिकॉन, जर्मेनियम आणि इतर पारंपारिक उच्च-अपवर्तक निर्देशांक सामग्रीपेक्षा खूप जास्त असते, जे अल्ट्रा तयार करण्यासाठी पाया घालते. - पातळ ऑप्टिकल रेझोनेटर. संशोधकांनी निदर्शनास आणून दिले की ऑप्टिकल कम्युनिकेशन बँडमध्ये केवळ दहापट नॅनोमीटरच्या जाडीसह टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर प्लॅनर ऑप्टिकल पोकळीची ही पहिलीच नोंद आहे. त्यानंतर, अति-पातळ ऑप्टिकल पोकळीचे शोषण स्पेक्ट्रम आणि अनुनाद तरंगलांबी बिस्मथ टेल्युराइडच्या जाडीने मोजली गेली. शेवटी, बिस्मथ टेलुराइड नॅनोकॅव्हिटी/फोटोनिक क्रिस्टल स्ट्रक्चर्समधील इलेक्ट्रोमॅग्नेटिकली प्रेरित पारदर्शकता स्पेक्ट्रावर चांदीच्या फिल्मच्या जाडीचा प्रभाव तपासला जातो.

बिस्मथ टेल्युराइड टोपोलॉजिकल इन्सुलेटरच्या मोठ्या क्षेत्रफळाच्या सपाट पातळ फिल्म्स तयार करून, आणि जवळच्या इन्फ्रारेड बँडमध्ये बिस्मथ टेल्युराइड सामग्रीच्या अल्ट्रा-हाय रिफ्रॅक्टिव्ह इंडेक्सचा फायदा घेऊन, फक्त दहापट नॅनोमीटरची जाडी असलेली प्लॅनर ऑप्टिकल पोकळी प्राप्त केली जाते. अति-पातळ ऑप्टिकल पोकळी जवळच्या इन्फ्रारेड बँडमध्ये कार्यक्षम रेझोनंट प्रकाश शोषून घेते, आणि ऑप्टिकल कम्युनिकेशन बँडमध्ये ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या विकासासाठी महत्त्वपूर्ण अनुप्रयोग मूल्य आहे. बिस्मथ टेल्युराइड ऑप्टिकल पोकळीची जाडी रेझोनंट तरंगलांबीशी रेषीय आहे आणि समान सिलिकॉन आणि जर्मेनियम ऑप्टिकल पोकळीपेक्षा लहान आहे. त्याच वेळी, अणू प्रणालीच्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिकली प्रेरित पारदर्शकतेसारखा विसंगत ऑप्टिकल प्रभाव प्राप्त करण्यासाठी बिस्मथ टेल्युराइड ऑप्टिकल पोकळी फोटोनिक क्रिस्टलसह एकत्रित केली जाते, जी मायक्रोस्ट्रक्चरच्या स्पेक्ट्रम नियमनासाठी एक नवीन पद्धत प्रदान करते. प्रकाश नियमन आणि ऑप्टिकल फंक्शनल उपकरणांमध्ये टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर सामग्रीच्या संशोधनाला चालना देण्यासाठी हा अभ्यास विशिष्ट भूमिका बजावतो.