ऑप्टिकल कम्युनिकेशन बँड, अल्ट्रा-थिन ऑप्टिकल रेझोनेटर

ऑप्टिकल कम्युनिकेशन बँड, अल्ट्रा-थिन ऑप्टिकल रेझोनेटर
ऑप्टिकल रेझोनेटर प्रकाश लहरींच्या विशिष्ट तरंगलांबींना मर्यादित जागेत स्थानिक करू शकतात आणि प्रकाश-पदार्थ आंतरक्रियेमध्ये त्यांचे महत्त्वाचे उपयोग आहेत.ऑप्टिकल कम्युनिकेशनऑप्टिकल सेन्सिंग आणि ऑप्टिकल इंटिग्रेशन. रेझोनेटरचा आकार प्रामुख्याने पदार्थाची वैशिष्ट्ये आणि कार्यरत तरंगलांबीवर अवलंबून असतो, उदाहरणार्थ, नियर इन्फ्रारेड बँडमध्ये कार्यरत असलेल्या सिलिकॉन रेझोनेटरसाठी सामान्यतः शेकडो नॅनोमीटर आणि त्याहून अधिक जाडीच्या ऑप्टिकल संरचनांची आवश्यकता असते. अलिकडच्या वर्षांत, स्ट्रक्चरल कलर, होलोग्राफिक इमेजिंग, लाईट फील्ड रेग्युलेशन आणि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमधील संभाव्य उपयोगांमुळे अति-पातळ प्लॅनर ऑप्टिकल रेझोनेटरने खूप लक्ष वेधले आहे. प्लॅनर रेझोनेटरची जाडी कशी कमी करावी, ही संशोधकांसमोरील एक अवघड समस्या आहे.
पारंपरिक सेमीकंडक्टर पदार्थांपेक्षा वेगळे, ३डी टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर (जसे की बिस्मथ टेल्युराइड, अँटिमनी टेल्युराइड, बिस्मथ सेलेनाइड, इत्यादी) हे टोपोलॉजिकली संरक्षित धातू पृष्ठभागीय अवस्था आणि इन्सुलेटर अवस्था असलेले नवीन माहिती पदार्थ आहेत. पृष्ठभागीय अवस्था ही काल-व्युत्क्रमणाच्या सममितीद्वारे संरक्षित असते आणि तिचे इलेक्ट्रॉन अचुंबकीय अशुद्धींमुळे विखुरले जात नाहीत, ज्यामुळे कमी-शक्तीच्या क्वांटम कम्प्युटिंग आणि स्पिनट्रॉनिक उपकरणांमध्ये याला महत्त्वपूर्ण उपयोगाची शक्यता आहे. त्याच वेळी, टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर पदार्थ उच्च अपवर्तनांक, मोठी नॉनलाइनर ध्रुवता यांसारखे उत्कृष्ट ऑप्टिकल गुणधर्म देखील दर्शवतात.ऑप्टिकलगुणांक, विस्तृत कार्यरत स्पेक्ट्रम श्रेणी, ट्यूनेबिलिटी, सुलभ एकत्रीकरण, इत्यादी, जे प्रकाश नियमनाच्या आणिऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणे.
चीनमधील एका संशोधक संघाने मोठ्या क्षेत्रात वाढणाऱ्या बिस्मथ टेल्युराइड टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर नॅनोफिल्म्सचा वापर करून अति-पातळ ऑप्टिकल रेझोनेटर तयार करण्याची एक पद्धत प्रस्तावित केली आहे. ही ऑप्टिकल कॅव्हिटी नियर इन्फ्रारेड बँडमध्ये स्पष्ट अनुनाद शोषण वैशिष्ट्ये दर्शवते. ऑप्टिकल कम्युनिकेशन बँडमध्ये बिस्मथ टेल्युराइडचा अपवर्तनांक ६ पेक्षा जास्त असतो (जो सिलिकॉन आणि जर्मेनियमसारख्या पारंपरिक उच्च अपवर्तनांक असलेल्या पदार्थांच्या अपवर्तनांकापेक्षा जास्त आहे), ज्यामुळे ऑप्टिकल कॅव्हिटीची जाडी अनुनाद तरंगलांबीच्या एक-विसाव्या भागापर्यंत पोहोचू शकते. त्याच वेळी, ऑप्टिकल रेझोनेटर एका एक-मितीय फोटोनिक क्रिस्टलवर जमा केला जातो आणि ऑप्टिकल कम्युनिकेशन बँडमध्ये एक नवीन विद्युतचुंबकीयरित्या प्रेरित पारदर्शकता प्रभाव दिसून येतो, जो रेझोनेटरच्या टॅम प्लाझमोनसोबतच्या युग्मनामुळे आणि त्याच्या विनाशात्मक व्यतिकरणामुळे होतो. या प्रभावाचा वर्णक्रमीय प्रतिसाद ऑप्टिकल रेझोनेटरच्या जाडीवर अवलंबून असतो आणि सभोवतालच्या अपवर्तनांकातील बदलास तो प्रतिरोधक असतो. हे संशोधन अतिशय पातळ ऑप्टिकल कॅव्हिटी, टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर मटेरियल स्पेक्ट्रम रेग्युलेशन आणि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या निर्मितीसाठी एक नवीन मार्ग खुला करते.
आकृती 1a आणि 1b मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, ऑप्टिकल रेझोनेटर मुख्यत्वे बिस्मथ टेल्युराइड टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर आणि सिल्व्हर नॅनोफिल्म्सपासून बनलेला आहे. मॅग्नेट्रॉन स्पटरिंगद्वारे तयार केलेल्या बिस्मथ टेल्युराइड नॅनोफिल्म्सचे क्षेत्रफळ मोठे आणि त्या चांगल्या सपाट असतात. जेव्हा बिस्मथ टेल्युराइड आणि सिल्व्हर फिल्म्सची जाडी अनुक्रमे 42 nm आणि 30 nm असते, तेव्हा ऑप्टिकल कॅव्हिटी 1100~1800 nm च्या बँडमध्ये तीव्र अनुनाद शोषण दर्शवते (आकृती 1c). जेव्हा संशोधकांनी ही ऑप्टिकल कॅव्हिटी Ta2O5 (182 nm) आणि SiO2 (260 nm) थरांच्या एकाआड एक थरांपासून बनवलेल्या फोटोनिक क्रिस्टलवर एकत्रित केली (आकृती 1e), तेव्हा मूळ अनुनाद शोषण शिखराजवळ (~1550 nm) एक वेगळी शोषण दरी (आकृती 1f) दिसली, जी अणू प्रणालींद्वारे निर्माण होणाऱ्या विद्युतचुंबकीय प्रेरित पारदर्शकतेच्या परिणामासारखी आहे.

बिस्मथ टेल्युराइड पदार्थाचे वैशिष्ट्यीकरण ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी आणि इलिप्सोमेट्रीद्वारे करण्यात आले. आकृती २अ-२क मध्ये बिस्मथ टेल्युराइड नॅनोफिल्म्सचे ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोग्राफ्स (उच्च-रिझोल्यूशन प्रतिमा) आणि निवडक इलेक्ट्रॉन विवर्तन नमुने दर्शविले आहेत. आकृतीवरून असे दिसून येते की, तयार केलेले बिस्मथ टेल्युराइड नॅनोफिल्म्स हे पॉलिक्रिस्टलाइन पदार्थ आहेत आणि त्यांची मुख्य वाढ दिशा (०१५) क्रिस्टल प्लेन आहे. आकृती २ड-२फ मध्ये इलिप्सोमीटरने मोजलेला बिस्मथ टेल्युराइडचा कॉम्प्लेक्स रिफ्रॅक्टिव्ह इंडेक्स आणि त्याला फिट केलेला पृष्ठभागाचा प्रकार व त्याच्या कॉम्प्लेक्स रिफ्रॅक्टिव्ह इंडेक्स दर्शविला आहे. निकालांवरून असे दिसून येते की, २३०~१९३० एनएमच्या श्रेणीमध्ये पृष्ठभागाच्या प्रकाराचा एक्सटिंक्शन कोएफिशिएंट हा रिफ्रॅक्टिव्ह इंडेक्सपेक्षा जास्त आहे, जे धातूसारखी वैशिष्ट्ये दर्शवते. जेव्हा तरंगलांबी १३८५ nm पेक्षा जास्त असते, तेव्हा पदार्थाचा अपवर्तनांक ६ पेक्षा जास्त असतो, जो या बँडमधील सिलिकॉन, जर्मेनियम आणि इतर पारंपरिक उच्च-अपवर्तनांक असलेल्या पदार्थांपेक्षा खूप जास्त आहे, ज्यामुळे अति-पातळ ऑप्टिकल रेझोनेटरच्या निर्मितीसाठी पाया घातला जातो. संशोधकांनी नमूद केले आहे की, ऑप्टिकल कम्युनिकेशन बँडमध्ये केवळ काही दहा नॅनोमीटर जाडीच्या टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर प्लॅनर ऑप्टिकल कॅव्हिटीची ही पहिली नोंदवलेली निर्मिती आहे. त्यानंतर, बिस्मथ टेल्युराइडच्या जाडीनुसार अति-पातळ ऑप्टिकल कॅव्हिटीचा शोषण स्पेक्ट्रम आणि अनुनाद तरंगलांबी मोजण्यात आली. शेवटी, बिस्मथ टेल्युराइड नॅनोकॅव्हिटी/फोटोनिक क्रिस्टल संरचनांमध्ये इलेक्ट्रोमॅग्नेटिकली इंड्युस्ड ट्रान्सपरन्सी स्पेक्ट्रावर चांदीच्या फिल्मच्या जाडीच्या परिणामाचा अभ्यास करण्यात आला.

बिस्मथ टेल्युराइड टोपोलॉजिकल इन्सुलेटरचे मोठ्या क्षेत्राचे सपाट पातळ थर तयार करून आणि नियर इन्फ्रारेड बँडमधील बिस्मथ टेल्युराइड पदार्थांच्या अति-उच्च अपवर्तनांकाचा फायदा घेऊन, केवळ काही दहा नॅनोमीटर जाडीची एक प्लेनर ऑप्टिकल कॅव्हिटी मिळवली जाते. ही अति-पातळ ऑप्टिकल कॅव्हिटी नियर इन्फ्रारेड बँडमध्ये कार्यक्षम अनुनादी प्रकाश शोषण साध्य करू शकते आणि ऑप्टिकल कम्युनिकेशन बँडमधील ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या विकासात तिचे महत्त्वपूर्ण उपयोजन मूल्य आहे. बिस्मथ टेल्युराइड ऑप्टिकल कॅव्हिटीची जाडी अनुनादी तरंगलांबीच्या रेषीय प्रमाणात असते आणि ती तत्सम सिलिकॉन व जर्मेनियम ऑप्टिकल कॅव्हिटीपेक्षा कमी असते. त्याच वेळी, बिस्मथ टेल्युराइड ऑप्टिकल कॅव्हिटीला फोटोनिक क्रिस्टलसोबत एकत्रित करून अणू प्रणालीच्या विद्युतचुंबकीय प्रेरित पारदर्शकतेसारखा असामान्य ऑप्टिकल प्रभाव साधला जातो, ज्यामुळे सूक्ष्म संरचनेच्या स्पेक्ट्रम नियमनासाठी एक नवीन पद्धत उपलब्ध होते. हा अभ्यास प्रकाश नियमन आणि ऑप्टिकल कार्यात्मक उपकरणांमध्ये टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर पदार्थांच्या संशोधनाला चालना देण्यात निश्चित भूमिका बजावतो.