Banda ragihandinê ya optîkî, rezonatora optîkî ya ultra-tenik

Banda ragihandinê ya optîkî, rezonatora optîkî ya ultra-tenik
Rezonatorên optîkî dikarin dirêjahiya pêlên taybetî yên pêlên ronahiyê di cîhek sînorkirî de bicîh bikin, û di têkiliya ronahî-maddeyê de serîlêdanên girîng hene,ragihandina optîkî, hesasiyeta optîkî, û entegrasyona optîkî. Mezinahiya rezonatorê bi giranî bi taybetmendiyên materyalê û dirêjahiya pêlê ya xebitandinê ve girêdayî ye, mînakî, rezonatorên silîkonê yên ku di benda înfraredê ya nêzîk de dixebitin bi gelemperî hewceyê avahiyên optîkî yên bi sedan nanometre û jortir in. Di salên dawî de, rezonatorên optîkî yên planar ên ultra-tenik ji ber sepanên xwe yên potansiyel di rengê avahîsaziyê, wênekirina holografîk, rêziknameya qada ronahiyê û cîhazên optoelektronîkî de gelek bal kişandine ser xwe. Meriv çawa qalindahiya rezonatorên planar kêm dike yek ji pirsgirêkên dijwar e ku lêkolîner pê re rû bi rû dimînin.
Ji materyalên nîvconductor ên kevneşopî cuda, îzolekerên topolojîk ên 3D (wek mînak telûrîda bizmutê, telûrîda antîmonê, selenîda bizmutê, û hwd.) materyalên agahdariyê yên nû ne ku rewşên rûyê metal û rewşên îzolekerên wan ji hêla topolojîk ve têne parastin. Rewşa rûyê ji hêla simetrîya berevajîkirina demê ve tê parastin, û elektronên wê ji hêla nepakiyên ne-magnetîk ve nayên belav kirin, ku xwedî perspektîfên serîlêdanê yên girîng di hesabkirina kuantumê ya kêm-hêz û cîhazên spintronîk de ye. Di heman demê de, materyalên îzolekerên topolojîk taybetmendiyên optîkî yên hêja jî nîşan didin, wek mînak endeksa şikestinê ya bilind, rêjeyên mezin ên ne-xêzikî.berçavkatsayiya, rêza spektruma xebatê ya fireh, mîhengkirin, entegrasyona hêsan, û hwd., ku platformek nû ji bo pêkanîna rêziknameya ronahiyê peyda dike ûcîhazên optoelektronîk.
Tîmeke lêkolînê li Çînê rêbazek ji bo çêkirina rezonatorên optîkî yên ultra-tenik bi karanîna nanofîlmên îzolekerên topolojîk ên bismuth telluride yên ku li deverek mezin mezin dibin pêşniyar kiriye. Kavîteya optîkî di benda nêzîk-înfrared de taybetmendiyên vegirtina rezonansê yên berbiçav nîşan dide. Bismut telluride di benda ragihandina optîkî de xwedî îndeksek refraksiyonê ya pir bilind e ku ji 6-an zêdetir e (ji îndeksa refraksiyonê ya materyalên kevneşopî yên îndeksa refraksiyonê ya bilind ên wekî silîkon û germanyûmê bilindtir), ji ber vê yekê qalindahiya kavîteya optîkî dikare bigihîje yek-bîstê dirêjahiya pêlê ya rezonansê. Di heman demê de, rezonatora optîkî li ser krîstalek fotonîk a yek-alî tê danîn, û bandorek zelaliyê ya nû ya elektromagnetîk-çêkirî di benda ragihandina optîkî de tê dîtin, ku ji ber girêdana rezonatorê bi plazmona Tamm û destwerdana wê ya wêranker e. Bersiva spektral a vê bandorê bi qalindahiya rezonatora optîkî ve girêdayî ye û li hember guherîna îndeksa refraksiyonê ya hawîrdorê berxwedêr e. Ev xebat rêyek nû ji bo pêkanîna kavîteya optîkî ya ultra-tenik, rêkxistina spektruma materyalê îzolekerê topolojîk û cîhazên optoelektronîkî vedike.
Wekî ku di Şekil 1a û 1b de tê xuyang kirin, rezonatora optîkî bi giranî ji îzolek topolojîk a tellûrîda bizmûtê û nanofîlmên zîv pêk tê. Nanofîlmên tellûrîda bizmûtê yên ku bi sputterkirina magnetronê hatine amadekirin, xwedî rûberek mezin û rûtbûnek baş in. Dema ku qalindahiya fîlmên tellûrîda bizmûtê û zîv bi rêzê ve 42 nm û 30 nm be, valahîya optîkî di benda 1100~1800 nm de vegirtina rezonansê ya bihêz nîşan dide (Şekil 1c). Dema ku lêkolîneran ev valahîya optîkî li ser krîstalek fotonîk a ji komên alternatîf ên qatên Ta2O5 (182 nm) û SiO2 (260 nm) çêkirî entegre kirin (Şekil 1e), geliyek vegirtina cuda (Şekil 1f) li nêzî lûtkeya vegirtina rezonansê ya orîjînal (~1550 nm) xuya bû, ku dişibihe bandora zelaliyê ya ku ji hêla elektromagnetîk ve hatî çêkirin ku ji hêla pergalên atomî ve hatî hilberandin.

Materyalê tellurida bizmuth bi mîkroskopiya elektronê ya veguhestinê û elipsometriyê hate taybetmendîkirin. Şekil 2a-2c mîkrografiyên elektronê yên veguhestinê (wêneyên bi çareseriya bilind) û şablonên difraksiyona elektronê yên bijartî yên nanofîlmên tellurida bizmuth nîşan dide. Ji wêneyê tê dîtin ku nanofîlmên tellurida bizmuth ên amadekirî materyalên polîkrîstalîn in, û arasteya mezinbûnê ya sereke plana krîstalê (015) e. Şekil 2d-2f îndeksa şikestina tevlihev a tellurida bizmuth nîşan dide ku bi elipsometreyê û rewşa rûyê ya sazkirî û îndeksa şikestina tevlihev a rewşê tê pîvandin. Encam nîşan didin ku katsayiya tinebûnê ya rewşa rûyê ji îndeksa şikestinê di navbera 230~1930 nm de mezintir e, ku taybetmendiyên mîna metal nîşan dide. Dema ku dirêjahiya pêlê ji 1385 nm mezintir be, îndeksa şikestinê ya laş ji 6-an zêdetir e, ku ji ya silîkon, germanyûm û materyalên din ên kevneşopî yên îndeksa şikestinê ya bilind di vê bendê de pir bilindtir e, ku bingehek ji bo amadekirina rezonatorên optîkî yên ultra-tenik datîne. Lêkolîner destnîşan dikin ku ev yekem pêkanîna kavilek optîkî ya planar a îzolek topolojîk e ku qalindahiya wê tenê deh nanometre ye di benda ragihandina optîkî de. Piştre, spektruma vegirtinê û dirêjahiya pêlê ya rezonansê ya kavila optîkî ya ultra-tenik bi qalindahiya tellurida bizmuth hatin pîvandin. Di dawiyê de, bandora qalindahiya fîlima zîv li ser spektrumên zelaliyê yên bi elektromagnetîk ve hatî çêkirin di avahiyên krîstal ên nanokavît/fotonîk ên tellurida bizmuth de tê lêkolîn kirin.

Bi amadekirina fîlmên tenik ên rûberfireh ên îzolekerên topolojîk ên bizmuth telluride, û sûdwergirtina ji îndeksa şikestinê ya ultra-bilind a materyalên bizmuth telluride di benda înfrared a nêzîk de, valahiyek optîkî ya planar bi qalindahiya tenê deh nanometreyan tê bidestxistin. Valahiya optîkî ya ultra-tenik dikare vegirtina ronahiya rezonansê ya bi bandor di benda înfrared a nêzîk de pêk bîne, û di pêşxistina cîhazên optoelektronîkî de di benda ragihandina optîkî de xwedî nirxek serîlêdanê ya girîng e. Qalindahiya valahiya optîkî ya bizmuth telluride li gorî dirêjahiya pêlê ya rezonansê xêzik e, û ji ya valahiyên optîkî yên silîkon û germanyûmê yên mîna hev piçûktir e. Di heman demê de, valahiya optîkî ya bizmuth telluride bi krîstala fotonîk re tê entegre kirin da ku bandora optîkî ya anormal a dişibihe zelaliya atomî ya bi elektromagnetîk ve hatî çêkirin bi dest bixe, ku rêbazek nû ji bo rêkxistina spektruma mîkroavahiyê peyda dike. Ev lêkolîn rolek diyarkirî di pêşvebirina lêkolîna materyalên îzolekerên topolojîk di rêkxistina ronahiyê û cîhazên fonksiyonel ên optîkî de dilîze.