Тасмаи алоқаи оптикӣ, резонатори оптикии ултра тунук

Тасмаи алоқаи оптикӣ, резонатори оптикии ултра тунук
Резонаторҳои оптикӣ метавонанд дарозии мавҷҳои мушаххаси мавҷҳои рӯшноиро дар фазои маҳдуд муайян кунанд ва дар таъсири мутақобилаи рӯшноӣ ва модда татбиқҳои муҳим дошта бошанд.алоқаи оптикӣ, ҳассосияти оптикӣ ва ҳамгироии оптикӣ. Андозаи резонатор асосан аз хусусиятҳои мавод ва дарозии мавҷи корӣ вобаста аст, масалан, резонаторҳои кремний, ки дар банди наздики инфрасурх кор мекунанд, одатан сохторҳои оптикии садҳо нанометр ва болотарро талаб мекунанд. Дар солҳои охир, резонаторҳои оптикии ҳамвори ултра тунук аз сабаби истифодаи эҳтимолии онҳо дар ранги сохторӣ, тасвири голографӣ, танзими майдони рӯшноӣ ва дастгоҳҳои оптоэлектронӣ таваҷҷӯҳи зиёдро ҷалб кардаанд. Чӣ гуна кам кардани ғафсии резонаторҳои ҳамвор яке аз мушкилоти душворест, ки муҳаққиқон бо он рӯбарӯ мешаванд.
Изоляторҳои топологии сеченака (ба монанди теллуриди висмут, теллуриди сурма, селениди висмут ва ғайра) аз маводҳои анъанавии нимноқил фарқ мекунанд, ки дорои маводҳои нави иттилоотӣ бо ҳолатҳои сатҳи металл ва ҳолатҳои изолятории аз ҷиҳати топологӣ ҳифзшуда мебошанд. Ҳолати сатҳӣ бо симметрияи инверсияи вақт ҳифз карда мешавад ва электронҳои он аз ҷониби ифлосҳои ғайримагнитӣ пароканда намешаванд, ки ин имкониятҳои муҳими татбиқ дар ҳисоббарории квантии камқувват ва дастгоҳҳои спинтроникӣ дорад. Дар айни замон, маводҳои изолятори топологӣ инчунин хосиятҳои аълои оптикиро нишон медиҳанд, ба монанди нишондиҳандаи баланди шикаст, андозаи калони ғайрихаттӣ.оптикӣкоэффитсиент, диапазони васеи спектри корӣ, танзимшавандагӣ, ҳамгироии осон ва ғайра, ки платформаи наверо барои амалӣ кардани танзими рӯшноӣ фароҳам меораддастгоҳҳои оптоэлектронӣ.
Як гурӯҳи тадқиқотӣ дар Чин усули истеҳсоли резонаторҳои оптикии ултра тунукро бо истифода аз нанофилмҳои изолятори топологии висмут, ки дар масоҳати калон парвариш карда мешаванд, пешниҳод кардааст. Ковокии оптикӣ дар банди наздики инфрасурх хусусиятҳои намоёни ҷабби резонансро нишон медиҳад. Теллуриди висмут дорои нишондиҳандаи хеле баланди шикасти беш аз 6 дар банди алоқаи оптикӣ мебошад (аз нишондиҳандаи шикасти маводҳои анъанавии дорои нишондиҳандаи баланди шикасти резонанс, ба монанди кремний ва германий баландтар аст), то ғафсии ковокии оптикӣ метавонад ба як бистуми дарозии мавҷи резонанс бирасад. Дар айни замон, резонатори оптикӣ дар кристалли фотонии якченака ҷойгир карда мешавад ва дар банди алоқаи оптикӣ таъсири нави шаффофияти электромагнитӣ мушоҳида мешавад, ки аз сабаби пайвастшавии резонатор бо плазмони Тамм ва дахолати харобиовари он ба амал меояд. Вокуниши спектрии ин таъсир аз ғафсии резонатори оптикӣ вобаста аст ва ба тағирёбии нишондиҳандаи шикасти муҳити атроф устувор аст. Ин кор роҳи наверо барои амалӣ кардани ковокии оптикии ултра тунук, танзими спектри маводи изолятори топологӣ ва дастгоҳҳои оптоэлектронӣ мекушояд.
Тавре ки дар расмҳои 1a ва 1b нишон дода шудааст, резонатори оптикӣ асосан аз изолятори топологии теллуриди висмут ва нанофилмҳои нуқра иборат аст. Нанофилмҳои теллуриди висмут, ки бо пошидани магнетрон омода карда шудаанд, масоҳати калон ва ҳамвории хуб доранд. Вақте ки ғафсии филмҳои теллуриди висмут ва нуқра мутаносибан 42 нм ва 30 нм аст, ковокии оптикӣ дар банди 1100 ~ 1800 нм ҷабби резонанси қавӣ нишон медиҳад (Расми 1c). Вақте ки муҳаққиқон ин ковокии оптикиро ба кристалли фотонӣ, ки аз қабатҳои Ta2O5 (182 нм) ва SiO2 (260 нм) сохта шудааст, муттаҳид карданд (Расми 1e), дар наздикии қуллаи ҷабби резонансии аслӣ (~1550 нм) як водии ҷаббии мушаххас (Расми 1f) пайдо шуд, ки ба таъсири шаффофияти электромагнитӣ, ки аз ҷониби системаҳои атомӣ ба вуҷуд омадааст, монанд аст.

Маводи теллуриди висмут бо истифода аз микроскопияи электронии интиқол ва эллипсометрия тавсиф карда шуд. Расми 2a-2c микрографҳои электронии интиқол (тасвирҳои баландсифат) ва намунаҳои интихобшудаи дифраксияи электронии нанофилмҳои теллуриди висмутро нишон медиҳад. Аз расм дида мешавад, ки нанофилмҳои теллуриди висмутии омодашуда маводҳои поликристаллӣ мебошанд ва самти асосии афзоиш (015) сатҳи кристаллӣ мебошад. Расми 2d-2f нишондиҳандаи шикасти мураккаби теллуриди висмутро нишон медиҳад, ки бо истифода аз эллипсометр ва нишондиҳандаи шикасти мураккаби ҳолати сатҳӣ ва ҳолати муҷаҳҳаз чен карда мешавад. Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки коэффитсиенти хомӯшшавии ҳолати сатҳӣ аз нишондиҳандаи шикаст дар диапазони 230~1930 нм зиёдтар аст ва хусусиятҳои металлмонандро нишон медиҳад. Индекси шикасти бадан ҳангоми аз 1385 нм зиёдтар будани дарозии мавҷ аз 6 зиёд аст, ки нисбат ба кремний, германий ва дигар маводҳои анъанавии дорои индекси баланди шикаст дар ин банд хеле баландтар аст, ки барои тайёр кардани резонаторҳои оптикии ултра тунук замина мегузорад. Муҳаққиқон қайд мекунанд, ки ин аввалин амалисозии гузоришшудаи ковокии оптикии ҳамвори изолятори топологӣ бо ғафсии танҳо даҳҳо нанометр дар банди алоқаи оптикӣ мебошад. Баъдан, спектри ҷаббида ва дарозии мавҷи резонансии ковокии оптикии ултра тунук бо ғафсии теллуриди висмут чен карда шуданд. Дар ниҳоят, таъсири ғафсии плёнкаи нуқра ба спектрҳои шаффофияти аз ҷиҳати электромагнитӣ ба вуҷуд омада дар сохторҳои нанокавитӣ/кристаллии фотонии теллуриди висмут таҳқиқ карда мешавад.

Бо тайёр кардани плёнкаҳои тунуки ҳамвори масоҳати калони изоляторҳои топологии теллуриди висмут ва истифода аз нишондиҳандаи ултра баланди шикастани маводҳои теллуриди висмут дар банди наздики инфрасурх, як ковокии оптикии ҳамвор бо ғафсии танҳо даҳҳо нанометр ба даст оварда мешавад. Ин ковокии тунуки оптикӣ метавонад ҷабби самараноки резонансии рӯшноиро дар банди наздики инфрасурх амалӣ кунад ва дар таҳияи дастгоҳҳои оптоэлектронӣ дар банди алоқаи оптикӣ арзиши муҳими татбиқӣ дорад. Ғафсии ковокии оптикии теллуриди висмут ба дарозии мавҷи резонансӣ хаттӣ аст ва аз ковокии оптикии шабеҳи кремний ва германий хурдтар аст. Дар айни замон, ковокии оптикии теллуриди висмут бо кристалли фотонӣ муттаҳид карда мешавад, то таъсири аномалии оптикиро ба шаффофияти электромагнитӣ дар системаи атомӣ ноил гардад, ки усули нави танзими спектри микросохторро фароҳам меорад. Ин таҳқиқот дар пешбурди таҳқиқоти маводҳои изолятори топологӣ дар танзими рӯшноӣ ва дастгоҳҳои функсионалии оптикӣ нақши муайяне мебозад.