ऑप्टिकल कम्युनिकेशन बैंड, अल्ट्रा-थिन ऑप्टिकल गुंजयमान

ऑप्टिकल कम्युनिकेशन बैंड, अल्ट्रा-थिन ऑप्टिकल गुंजयमान
ऑप्टिकल गुंजयमानक एक सीमित स्थान में प्रकाश तरंगों की विशिष्ट तरंग दैर्ध्य को स्थानीय कर सकते हैं, और प्रकाश-मैटर इंटरैक्शन में महत्वपूर्ण अनुप्रयोग हैं,ऑप्टिकल संचार, ऑप्टिकल सेंसिंग, और ऑप्टिकल एकीकरण। गुंजयमान का आकार मुख्य रूप से सामग्री विशेषताओं और ऑपरेटिंग तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करता है, उदाहरण के लिए, निकट अवरक्त बैंड में काम करने वाले सिलिकॉन गुंजयमानकों को आमतौर पर सैकड़ों नैनोमीटर और उससे अधिक के ऑप्टिकल संरचनाओं की आवश्यकता होती है। हाल के वर्षों में, अल्ट्रा-पतली प्लानर ऑप्टिकल रेज़ोनेटर ने संरचनात्मक रंग, होलोग्राफिक इमेजिंग, लाइट फील्ड रेगुलेशन और ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक डिवाइसों में अपने संभावित अनुप्रयोगों के कारण बहुत ध्यान आकर्षित किया है। प्लानर रेज़ोनेटर की मोटाई को कैसे कम करें, शोधकर्ताओं द्वारा सामना की जाने वाली कठिन समस्याओं में से एक है।
पारंपरिक अर्धचालक सामग्री से अलग, 3 डी टोपोलॉजिकल इंसुलेटर (जैसे बिस्मथ टेलुराइड, एंटीमनी टेलुराइड, बिस्मथ सेलेनाइड, आदि) टॉपोलॉजिकल रूप से संरक्षित धातु सतह राज्यों और इन्सुलेटर राज्यों के साथ नई जानकारी सामग्री हैं। सतह की स्थिति समय व्युत्क्रम की समरूपता द्वारा संरक्षित है, और इसके इलेक्ट्रॉन गैर-चुंबकीय अशुद्धियों द्वारा बिखरे हुए नहीं हैं, जिसमें कम-शक्ति क्वांटम कंप्यूटिंग और स्पिनट्रॉनिक उपकरणों में महत्वपूर्ण अनुप्रयोग संभावनाएं हैं। एक ही समय में, टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर सामग्री भी उत्कृष्ट ऑप्टिकल गुण दिखाती है, जैसे कि उच्च अपवर्तक सूचकांक, बड़े नॉनलाइनियरऑप्टिकलगुणांक, विस्तृत कामकाजी स्पेक्ट्रम रेंज, ट्यूनबिलिटी, आसान एकीकरण, आदि, जो प्रकाश विनियमन की प्राप्ति के लिए एक नया मंच प्रदान करता है औरऑप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरण.
चीन में एक शोध टीम ने बड़े क्षेत्र के बढ़ते बिस्मथ टेलुराइड टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर नैनोफिल्म्स का उपयोग करके अल्ट्रा-पतली ऑप्टिकल गुंजयमानों के निर्माण के लिए एक विधि का प्रस्ताव दिया है। ऑप्टिकल गुहा निकट अवरक्त बैंड में स्पष्ट अनुनाद अवशोषण विशेषताओं को दर्शाता है। बिस्मथ टेलुराइड में ऑप्टिकल कम्युनिकेशन बैंड में 6 से अधिक का उच्च अपवर्तक सूचकांक है (पारंपरिक उच्च अपवर्तक सूचकांक सामग्री जैसे कि सिलिकॉन और जर्मेनियम के अपवर्तक सूचकांक) से अधिक है, ताकि ऑप्टिकल गुहा की मोटाई अनुनाद तरंग दैर्ध्य के एक-बीसवीं तक पहुंच सके। इसी समय, ऑप्टिकल रेज़ोनेटर को एक आयामी फोटोनिक क्रिस्टल पर जमा किया जाता है, और ऑप्टिकल संचार बैंड में एक उपन्यास इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रूप से प्रेरित पारदर्शिता प्रभाव देखा जाता है, जो कि TAMM प्लास्मोन और इसके विनाशकारी हस्तक्षेप के साथ अनुनादक के युग्मन के कारण होता है। इस प्रभाव की वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया ऑप्टिकल गुंजयमानकर्ता की मोटाई पर निर्भर करती है और परिवेश अपवर्तक सूचकांक के परिवर्तन के लिए मजबूत है। यह काम अल्ट्राथिन ऑप्टिकल गुहा, टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर सामग्री स्पेक्ट्रम विनियमन और ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरणों की प्राप्ति के लिए एक नया तरीका खोलता है।
जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है। 1 ए और 1 बी, ऑप्टिकल रेज़ोनेटर मुख्य रूप से एक बिस्मथ टेलुराइड टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर और सिल्वर नैनोफिल्म से बना है। मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग द्वारा तैयार किए गए बिस्मथ टेलुराइड नैनोफिल्म्स में बड़े क्षेत्र और अच्छे सपाटता हैं। जब बिस्मथ टेलुराइड और सिल्वर फिल्म्स की मोटाई क्रमशः 42 एनएम और 30 एनएम होती है, तो ऑप्टिकल गुहा 1100 ~ 1800 एनएम (चित्रा 1 सी) के बैंड में मजबूत अनुनाद अवशोषण प्रदर्शित करता है। जब शोधकर्ताओं ने इस ऑप्टिकल गुहा को TA2O5 (182 एनएम) और SiO2 (260 एनएम) लेयर्स (चित्रा 1E) के वैकल्पिक ढेर से बने एक फोटोनिक क्रिस्टल पर एकीकृत किया, तो एक अलग अवशोषण घाटी (चित्रा 1F) मूल गुंजयमान अवशोषण शिखर (~ 1550 एनएम) के पास दिखाई दी, जो कि इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रूप से उत्पादित ट्रांसफ़ेक्ट रूप से प्रेरित है।

बिस्मथ टेलुराइड सामग्री को ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी और एलिप्सोमेट्री द्वारा विशेषता थी। अंजीर। 2A-2C ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोग्राफ (उच्च-रिज़ॉल्यूशन छवियों) और बिस्मथ टेलुराइड नैनोफिल्म्स के चयनित इलेक्ट्रॉन विवर्तन पैटर्न दिखाता है। यह इस आंकड़े से देखा जा सकता है कि तैयार बिस्मथ टेलुराइड नैनोफिल्म्स पॉलीक्रिस्टलाइन सामग्री हैं, और मुख्य विकास अभिविन्यास (015) क्रिस्टल प्लेन है। चित्रा 2 डी -2 एफ, एलिप्सोमीटर और फिट किए गए सतह राज्य और राज्य जटिल अपवर्तक सूचकांक द्वारा मापा गया बिस्मथ टेलुराइड के जटिल अपवर्तक सूचकांक को दर्शाता है। परिणाम बताते हैं कि सतह की स्थिति का विलुप्त होने का गुणांक 230 ~ 1930 एनएम की सीमा में अपवर्तक सूचकांक से अधिक है, जो धातु जैसी विशेषताओं को दर्शाता है। शरीर का अपवर्तक सूचकांक 6 से अधिक है जब तरंग दैर्ध्य 1385 एनएम से अधिक होता है, जो इस बैंड में सिलिकॉन, जर्मेनियम और अन्य पारंपरिक उच्च-रिफैक्टिव इंडेक्स सामग्री की तुलना में बहुत अधिक होता है, जो अल्ट्रा-पतले ऑप्टिकल रेज़ोनेटर की तैयारी के लिए एक नींव देता है। शोधकर्ता बताते हैं कि यह ऑप्टिकल कम्युनिकेशन बैंड में केवल दसियों नैनोमीटर की मोटाई के साथ एक टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर प्लानर ऑप्टिकल गुहा का पहला अनुमान है। इसके बाद, अल्ट्रा-पतली ऑप्टिकल गुहा के अवशोषण स्पेक्ट्रम और अनुनाद तरंग दैर्ध्य को बिस्मथ टेलुराइड की मोटाई के साथ मापा गया। अंत में, बिस्मथ टेलुराइड नैनोकैविटी/फोटोनिक क्रिस्टल संरचनाओं में इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रूप से प्रेरित पारदर्शिता स्पेक्ट्रा पर चांदी की फिल्म की मोटाई का प्रभाव जांच की जाती है

बिस्मथ टेलुराइड टोपोलॉजिकल इंसुलेटर्स की बड़ी क्षेत्र के सपाट पतली फिल्मों को तैयार करके, और निकट अवरक्त बैंड में बिस्मथ टेलुराइड सामग्री के अल्ट्रा-हाई अपवर्तक सूचकांक का लाभ उठाते हुए, केवल दसियों नैनोमीटर की मोटाई के साथ एक प्लानर ऑप्टिकल गुहा प्राप्त होता है। अल्ट्रा-पतली ऑप्टिकल गुहा निकट अवरक्त बैंड में कुशल गुंजयमान प्रकाश अवशोषण का एहसास कर सकता है, और ऑप्टिकल संचार बैंड में ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरणों के विकास में महत्वपूर्ण अनुप्रयोग मूल्य है। बिस्मथ टेलुराइड ऑप्टिकल गुहा की मोटाई गुंजयमान तरंग दैर्ध्य के लिए रैखिक है, और इसी तरह के सिलिकॉन और जर्मेनियम ऑप्टिकल गुहा की तुलना में छोटा है। इसी समय, बिस्मथ टेलुराइड ऑप्टिकल गुहा को परमाणु प्रणाली के इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रूप से प्रेरित पारदर्शिता के समान विसंगतिपूर्ण ऑप्टिकल प्रभाव को प्राप्त करने के लिए फोटोनिक क्रिस्टल के साथ एकीकृत किया गया है, जो माइक्रोस्ट्रक्चर के स्पेक्ट्रम विनियमन के लिए एक नई विधि प्रदान करता है। यह अध्ययन प्रकाश विनियमन और ऑप्टिकल कार्यात्मक उपकरणों में टोपोलॉजिकल इन्सुलेटर सामग्री के अनुसंधान को बढ़ावा देने में एक निश्चित भूमिका निभाता है।