光学通信バンド、超薄い光学響き

光学通信バンド、超薄い光学響き
光共振器は、限られた空間で特定の光波の波長を局在化させ、光と物質の相互作用に重要な用途を持つことができます。光学通信、光学センシング、および光統合。共振器のサイズは、主に材料の特性と動作波長に依存します。たとえば、近赤外帯で動作するシリコン共振器には、通常、数百以上のナノメートル以上の光学構造が必要です。近年、超薄型平面光共振器は、構造色、ホログラフィックイメージング、光場調節、光電子デバイスの潜在的な用途のために、多くの注目を集めています。平面共振器の厚さを減らす方法は、研究者が直面する困難な問題の1つです。
従来の半導体材料とは異なり、3Dトポロジカル絶縁体（Telluride Bismuth、Antimony Telluride、Bismuth Selenideなど）は、トポロジカルで保護された金属表面状態と絶縁体状態を備えた新しい情報材料です。表面状態は、時間の反転の対称性によって保護されており、その電子は、低電力量子コンピューティングとスピトロニックデバイスの重要なアプリケーションの見通しを持つ非磁性不純物によって散乱されていません。同時に、トポロジカル絶縁体材料は、高屈折率、大きな非線形などの優れた光学特性も示しています光学係数、幅広い作業スペクトル範囲、調整性、簡単な統合など。これは、光レギュレーションを実現するための新しいプラットフォームを提供します。光電子デバイス.
中国の研究チームは、広い領域成長するビスマス・テルライドトポロジー断熱材ナノフィルムを使用して、超薄い光学響きを製造する方法を提案しました。光学空洞は、近赤外帯の明らかな共鳴吸収特性を示しています。 Bismuth Tellurideは、光学通信帯域で6以上の非常に高い屈折率を持っています（シリコンやゲルマニウムなどの従来の高屈折率材料の屈折指数よりも高い）ため、光学腔の厚さが共鳴波長の20分の1に達することができます。同時に、光共振器は1次元のフォトニック結晶に堆積され、光学通信バンドでは、新規電磁誘導透過効果が観察されます。これは、Tamm Plasmonとその破壊的干渉と共振器の結合によるものです。この効果のスペクトル応答は、光共振器の厚さに依存し、周囲の屈折率の変化に堅牢です。この作業は、超薄型光学、トポロジー絶縁体材料スペクトル調節、および光電子デバイスを実現するための新しい方法を開きます。
図に示すように。 1aおよび1b、光共振器は、主にテルライドトポロジー断熱材と銀ナノフィルムで構成されています。マグネトロンスパッタリングによって調製されたビスマステルライドナノフィルムは、大きな領域と良好な平坦性を持っています。テルライドビスマスとシルバーフィルムの厚さがそれぞれ42 nmと30 nmの場合、光学空洞は1100〜1800 nmのバンドで強い共鳴吸収を示します（図1C）。研究者がこの光学空洞を、TA2O5（182 nm）とSiO2（260 nm）層の交互のスタックで作られたフォトニッククリスタルに統合したとき（図1E）、明確な吸収谷（図1F）が元の共振吸収ピーク（〜1550 nm）の近くに現れました。

Bismuth Telluride材料は、透過型電子顕微鏡とエリプソメトリーによって特徴付けられました。イチジク。 2A-2Cは、透過型電子顕微鏡写真（高解像度画像）とビスマス・テルライドナノフィルムの選択された電子回折パターンを示しています。調製されたビスマステルライドナノフィルムは多結晶材料であり、主な成長方向は（015）結晶面であることがわかります。図2D-2Fは、エリップスメーターと適合した表面状態および状態の複雑な屈折率によって測定されたテルライドビスマスの複雑な屈折率を示しています。結果は、表面状態の絶滅係数が230〜1930 nmの範囲の屈折率よりも大きいことを示しており、金属のような特性を示しています。体の屈折率は、波長が1385 nmを超えると6を超えています。これは、このバンドのシリコン、ゲルマニウム、およびその他の従来の高解体インデックス材料のそれよりもはるかに高いため、超薄型光共振器の調製の基礎を築きます。研究者は、これが光学通信帯域で数十ナノメートルの厚さを持つトポロジカル絶縁体平面光腔の最初の報告された実現であると指摘しています。その後、超薄型光学空洞の吸収スペクトルと共鳴波長は、テルライドビスマスの厚さで測定されました。最後に、ビスマステルライドナノキャビティ/フォトニッククリスタル構造における電磁誘導透明スペクトルに対する銀膜の厚さの効果が調査されています

ビスマス・テルライドトポロジカル絶縁体の大きな領域の平らな薄膜を準備し、近赤外帯のビスマステルライド材料の超高屈折率を活用することにより、数十ナノメートルの厚さの平面光学空洞が得られます。超薄型光学空洞は、近赤外帯の効率的な共鳴光吸収を実現でき、光学通信バンドの光電子デバイスの開発において重要な応用値を持っています。テルライドのビスマス光学空洞の厚さは、共鳴波長に対して直線的であり、同様のシリコンとゲルマニウムの光学空洞の厚さよりも小さい。同時に、Bismuth Tellurideの光学空洞はフォトニック結晶と統合されており、微細構造のスペクトル調節のための新しい方法を提供する電磁誘導透過性と同様の異常な光学効果を達成します。この研究は、光調節と光学機能装置におけるトポロジカル絶縁材料の研究を促進する上で特定の役割を果たしています。