ऑप्टिकल कम्युनिकेशन बँड, अल्ट्रा-थिन ऑप्टिकल रेझोनेटर

ऑप्टिकल कम्युनिकेशन बँड, अल्ट्रा-थिन ऑप्टिकल रेझोनेटर
ऑप्टिकल रेझोनेटर मर्यादित जागेत प्रकाश लाटांच्या विशिष्ट तरंगलांबींचे स्थानिकीकरण करू शकतात आणि प्रकाश-पदार्थांच्या परस्परसंवादात त्यांचे महत्त्वाचे उपयोग आहेत,ऑप्टिकल कम्युनिकेशन, ऑप्टिकल सेन्सिंग आणि ऑप्टिकल इंटिग्रेशन. रेझोनेटरचा आकार प्रामुख्याने मटेरियल वैशिष्ट्यांवर आणि ऑपरेटिंग तरंगलांबीवर अवलंबून असतो, उदाहरणार्थ, जवळच्या इन्फ्रारेड बँडमध्ये कार्यरत सिलिकॉन रेझोनेटरना सहसा शेकडो नॅनोमीटर आणि त्याहून अधिक ऑप्टिकल स्ट्रक्चर्सची आवश्यकता असते. अलिकडच्या वर्षांत, स्ट्रक्चरल कलर, होलोग्राफिक इमेजिंग, लाईट फील्ड रेग्युलेशन आणि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये त्यांच्या संभाव्य अनुप्रयोगांमुळे अल्ट्रा-थिन प्लॅनर ऑप्टिकल रेझोनेटरने बरेच लक्ष वेधले आहे. प्लॅनर रेझोनेटरची जाडी कशी कमी करावी ही संशोधकांना भेडसावणाऱ्या कठीण समस्यांपैकी एक आहे.
पारंपारिक अर्धवाहक पदार्थांपेक्षा वेगळे, 3D टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर (जसे की बिस्मथ टेल्युराइड, अँटीमोनी टेल्युराइड, बिस्मथ सेलेनाइड, इ.) हे नवीन माहिती साहित्य आहेत ज्यात टोपोलॉजिकलदृष्ट्या संरक्षित धातू पृष्ठभाग अवस्था आणि इन्सुलेटर अवस्था आहेत. पृष्ठभागाची स्थिती वेळेच्या उलट सममितीद्वारे संरक्षित केली जाते आणि त्याचे इलेक्ट्रॉन नॉन-चुंबकीय अशुद्धतेद्वारे विखुरलेले नाहीत, ज्याचे कमी-शक्तीच्या क्वांटम संगणन आणि स्पिंट्रॉनिक उपकरणांमध्ये महत्त्वपूर्ण अनुप्रयोग संभावना आहेत. त्याच वेळी, टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर साहित्य देखील उत्कृष्ट ऑप्टिकल गुणधर्म दर्शवतात, जसे की उच्च अपवर्तक निर्देशांक, मोठे नॉनलाइनरऑप्टिकलगुणांक, विस्तृत कार्यरत स्पेक्ट्रम श्रेणी, ट्युनेबिलिटी, सोपे एकत्रीकरण, इ., जे प्रकाश नियमनाच्या प्राप्तीसाठी एक नवीन व्यासपीठ प्रदान करते आणिऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणे.
चीनमधील एका संशोधन पथकाने मोठ्या क्षेत्रफळात वाढणाऱ्या बिस्मथ टेल्युराइड टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर नॅनोफिल्म्सचा वापर करून अति-पातळ ऑप्टिकल रेझोनेटर तयार करण्याची पद्धत प्रस्तावित केली आहे. जवळच्या इन्फ्रारेड बँडमध्ये ऑप्टिकल कॅव्हिटी स्पष्ट रेझोनेन्स शोषण वैशिष्ट्ये दर्शवते. बिस्मथ टेल्युराइडचा ऑप्टिकल कम्युनिकेशन बँडमध्ये 6 पेक्षा जास्त अपवर्तन निर्देशांक असतो (सिलिकॉन आणि जर्मेनियम सारख्या पारंपारिक उच्च अपवर्तन निर्देशांक सामग्रीच्या अपवर्तन निर्देशांकापेक्षा जास्त), ज्यामुळे ऑप्टिकल कॅव्हिटीची जाडी रेझोनेन्स तरंगलांबीच्या एक-विसाव्या भागापर्यंत पोहोचू शकते. त्याच वेळी, ऑप्टिकल रेझोनेटर एक-आयामी फोटोनिक क्रिस्टलवर जमा केला जातो आणि ऑप्टिकल कम्युनिकेशन बँडमध्ये एक नवीन इलेक्ट्रोमॅग्नेटिकली प्रेरित पारदर्शकता प्रभाव दिसून येतो, जो टॅम प्लाझमनसह रेझोनेटरच्या जोडणीमुळे आणि त्याच्या विध्वंसक हस्तक्षेपामुळे होतो. या प्रभावाचा वर्णक्रमीय प्रतिसाद ऑप्टिकल रेझोनेटरच्या जाडीवर अवलंबून असतो आणि सभोवतालच्या अपवर्तन निर्देशांकातील बदलासाठी मजबूत असतो. हे काम अल्ट्राथिन ऑप्टिकल कॅव्हिटी, टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर मटेरियल स्पेक्ट्रम नियमन आणि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या प्राप्तीसाठी एक नवीन मार्ग उघडते.
आकृती १अ आणि १ब मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, ऑप्टिकल रेझोनेटर मुख्यतः बिस्मथ टेल्युराइड टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर आणि सिल्व्हर नॅनोफिल्म्सपासून बनलेला असतो. मॅग्नेट्रॉन स्पटरिंगद्वारे तयार केलेल्या बिस्मथ टेल्युराइड नॅनोफिल्म्समध्ये मोठे क्षेत्रफळ आणि चांगली सपाटता असते. जेव्हा बिस्मथ टेल्युराइड आणि सिल्व्हर फिल्म्सची जाडी अनुक्रमे ४२ एनएम आणि ३० एनएम असते, तेव्हा ऑप्टिकल पोकळी ११००~१८०० एनएम (आकृती १क) च्या बँडमध्ये मजबूत रेझोनन्स शोषण प्रदर्शित करते. जेव्हा संशोधकांनी ही ऑप्टिकल पोकळी Ta2O5 (१८२ एनएम) आणि SiO2 (२६० एनएम) थरांच्या पर्यायी स्टॅकपासून बनवलेल्या फोटोनिक क्रिस्टलवर एकत्रित केली (आकृती १ई), तेव्हा मूळ रेझोनंट शोषण शिखर (~१५५० एनएम) जवळ एक वेगळी शोषण दरी (आकृती १फ) दिसली, जी अणु प्रणालींद्वारे तयार केलेल्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिकली प्रेरित पारदर्शकता प्रभावासारखीच आहे.

बिस्मथ टेल्युराइड मटेरियलचे वैशिष्ट्य ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी आणि एलिप्सोमेट्री द्वारे केले गेले होते. आकृती 2a-2c मध्ये ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोग्राफ (उच्च-रिझोल्यूशन प्रतिमा) आणि बिस्मथ टेल्युराइड नॅनोफिल्म्सचे निवडक इलेक्ट्रॉन डिफ्रॅक्शन पॅटर्न दाखवले आहेत. आकृतीवरून असे दिसून येते की तयार केलेले बिस्मथ टेल्युराइड नॅनोफिल्म्स पॉलीक्रिस्टलाइन मटेरियल आहेत आणि मुख्य वाढीचा अभिमुखता (015) क्रिस्टल प्लेन आहे. आकृती 2d-2f मध्ये एलिप्सोमीटरने मोजलेल्या बिस्मथ टेल्युराइडचा जटिल अपवर्तन निर्देशांक आणि फिट केलेल्या पृष्ठभागाची स्थिती आणि स्थिती जटिल अपवर्तन निर्देशांक दर्शविला आहे. परिणाम दर्शवितात की पृष्ठभागाच्या अवस्थेचा विलुप्त होणारा गुणांक 230~1930 nm च्या श्रेणीतील अपवर्तन निर्देशांकापेक्षा जास्त आहे, जो धातूसारखी वैशिष्ट्ये दर्शवितो. जेव्हा तरंगलांबी १३८५ एनएम पेक्षा जास्त असते तेव्हा शरीराचा अपवर्तन निर्देशांक ६ पेक्षा जास्त असतो, जो या बँडमधील सिलिकॉन, जर्मेनियम आणि इतर पारंपारिक उच्च-अपवर्तन निर्देशांक पदार्थांपेक्षा खूपच जास्त असतो, जो अल्ट्रा-थिन ऑप्टिकल रेझोनेटर तयार करण्यासाठी पाया घालतो. संशोधकांनी असे नमूद केले आहे की ऑप्टिकल कम्युनिकेशन बँडमध्ये फक्त दहा नॅनोमीटर जाडी असलेल्या टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर प्लॅनर ऑप्टिकल कॅव्हिटीची ही पहिलीच अहवालित प्राप्ती आहे. त्यानंतर, अल्ट्रा-थिन ऑप्टिकल कॅव्हिटीचे शोषण स्पेक्ट्रम आणि रेझोनन्स तरंगलांबी बिस्मथ टेल्युराइडच्या जाडीने मोजली गेली. शेवटी, बिस्मथ टेल्युराइड नॅनोकॅव्हिटी/फोटोनिक क्रिस्टल स्ट्रक्चर्समध्ये इलेक्ट्रोमॅग्नेटिकली प्रेरित पारदर्शकता स्पेक्ट्रावर सिल्व्हर फिल्म जाडीचा प्रभाव तपासला जातो.

बिस्मथ टेल्युराइड टोपोलॉजिकल इन्सुलेटरच्या मोठ्या क्षेत्राच्या सपाट पातळ फिल्म तयार करून आणि जवळच्या इन्फ्रारेड बँडमध्ये बिस्मथ टेल्युराइड मटेरियलच्या अल्ट्रा-हाय रिफ्रॅक्टिव्ह इंडेक्सचा फायदा घेऊन, फक्त दहा नॅनोमीटर जाडी असलेली एक प्लॅनर ऑप्टिकल पोकळी मिळते. अल्ट्रा-थिन ऑप्टिकल पोकळी जवळच्या इन्फ्रारेड बँडमध्ये कार्यक्षम रेझोनंट प्रकाश शोषण साध्य करू शकते आणि ऑप्टिकल कम्युनिकेशन बँडमध्ये ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या विकासात त्याचे महत्त्वपूर्ण अनुप्रयोग मूल्य आहे. बिस्मथ टेल्युराइड ऑप्टिकल पोकळीची जाडी रेझोनंट तरंगलांबीशी रेषीय आहे आणि समान सिलिकॉन आणि जर्मेनियम ऑप्टिकल पोकळीपेक्षा लहान आहे. त्याच वेळी, बिस्मथ टेल्युराइड ऑप्टिकल पोकळी अणु प्रणालीच्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिकली प्रेरित पारदर्शकतेसारखी असामान्य ऑप्टिकल प्रभाव प्राप्त करण्यासाठी फोटोनिक क्रिस्टलसह एकत्रित केली जाते, जी सूक्ष्म संरचनेच्या स्पेक्ट्रम नियमनासाठी एक नवीन पद्धत प्रदान करते. प्रकाश नियमन आणि ऑप्टिकल फंक्शनल उपकरणांमध्ये टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर मटेरियलच्या संशोधनाला चालना देण्यात हा अभ्यास विशिष्ट भूमिका बजावतो.