Sjónrænt samskiptaband, öfgaþunnur sjónómari

Sjónrænt samskiptaband, öfgaþunnur sjónómari
Ljósómarar geta staðbundið ákveðnar bylgjulengdir ljósbylgna á takmörkuðu rými og hafa mikilvæga notkun í víxlverkun ljóss og efnis,sjónræn samskipti, ljósfræðileg skynjun og ljósfræðileg samþætting. Stærð ómholfsins fer aðallega eftir eiginleikum efnisins og rekstrarbylgjulengd, til dæmis þurfa kísilómholf sem starfa á nær-innrauða sviðinu venjulega ljósfræðilega uppbyggingu sem er hundruð nanómetra eða meira. Á undanförnum árum hafa ofurþunnir, flatir ljósómholfarnir vakið mikla athygli vegna hugsanlegra notkunarmöguleika þeirra í byggingarlitum, holografískri myndgreiningu, ljóssviðsstjórnun og ljósfræðilegum tækjum. Hvernig á að draga úr þykkt flatra ómholfna er eitt af erfiðustu vandamálunum sem vísindamenn standa frammi fyrir.
Ólíkt hefðbundnum hálfleiðaraefnum eru þrívíddar einangrarar (eins og bismúttelluríð, antimontelluríð, bismútseleníð o.s.frv.) ný upplýsingaefni með yfirborðsástandi málms og einangrunarástandi sem eru verndaðir. Yfirborðsástandið er verndað af samhverfu tímasnúnings og rafeindir þess dreifast ekki af ósegulmögnuðum óhreinindum, sem hefur mikilvæga möguleika á notkun í lágorku skammtafræði og spunatækni. Á sama tíma sýna einangrunarefni einnig framúrskarandi ljósfræðilega eiginleika, svo sem háan ljósbrotsstuðul, stóran ólínulegan straum.sjónræntstuðull, breitt vinnusvið, stillanleiki, auðveld samþætting o.s.frv., sem veitir nýjan vettvang fyrir framkvæmd ljósstjórnunar ogljósfræðileg tæki.
Rannsóknarteymi í Kína hefur lagt til aðferð til að framleiða ofurþunna ljósleiðara með því að nota stórvaxandi nanófilmur úr bismúttelluríði einangrunarefni. Ljósholið sýnir greinilega eiginleika til að gleypa ljós í nær-innrauða sviðinu. Bismúttelluríð hefur mjög háan ljósbrotsstuðul, meira en 6, í ljósleiðarasviðinu (hærra en ljósbrotsstuðull hefðbundinna efna með háan ljósbrotsstuðul eins og kísils og germaníums), þannig að þykkt ljósholsins getur náð einum tuttugasta af bylgjulengd ómsins. Á sama tíma er ljósleiðarinn settur á eins víddar ljósfræðilegan kristal og ný rafsegulfræðileg gegnsæisáhrif sjást í ljósleiðarasviðinu, sem stafar af tengingu ljósleiðarans við Tamm plasmonið og eyðileggjandi truflunum þess. Litrófssvörun þessara áhrifa er háð þykkt ljósleiðarans og er ónæm fyrir breytingum á ljósbrotsstuðli umhverfisins. Þessi vinna opnar nýjar leiðir til að útfæra ofurþunn ljóshol, litrófsstjórnun á einangrunarefnum og ljósfræðileg tæki.
Eins og sést á mynd 1a og 1b er ljósleiðarinn aðallega samsettur úr bismúttelluríð einangrunarefni og silfurnanófilmum. Bismúttelluríð nanófilmurnar, sem búnar eru til með segulspútrun, eru stórar og hafa góða flatneskju. Þegar þykkt bismúttelluríð- og silfurfilmanna er 42 nm og 30 nm, í sömu röð, sýnir ljósholið sterka ómgleypni í bandinu 1100~1800 nm (mynd 1c). Þegar vísindamennirnir samþættu þetta ljóshol á ljósfræðilegan kristal úr til skiptis stafla af Ta2O5 (182 nm) og SiO2 (260 nm) lögum (mynd 1e), birtist greinilegur frásogsdalur (mynd 1f) nálægt upprunalega ómgleypnistoppinum (~1550 nm), sem er svipað og rafsegulfræðilega framkallað gegnsæisáhrif sem framkallast af atómkerfum.

Bismúttelluríðefnið var einkennt með rafeindasmásjá og sporbaugsmælingu. Mynd 2a-2c sýnir rafeindasmásjármyndir (hágæða myndir) og valin rafeindadreifingarmynstur úr nanófilmum úr bismúttelluríði. Á myndinni má sjá að nanófilmurnar úr bismúttelluríði eru úr fjölkristallaefni og aðalvaxtarstefnan er (015) kristalflöturinn. Mynd 2d-2f sýnir flókna ljósbrotsstuðul bismúttelluríðs mældan með sporbaugsmælum og aðlagað yfirborðsástand og flókna ljósbrotsstuðul ástandsins. Niðurstöðurnar sýna að útrýmingarstuðull yfirborðsástandsins er meiri en ljósbrotsstuðullinn á bilinu 230~1930 nm, sem sýnir málmkennda eiginleika. Ljósbrotsstuðull líkamans er meiri en 6 þegar bylgjulengdin er meiri en 1385 nm, sem er mun hærri en hjá kísil, germaníum og öðrum hefðbundnum efnum með háan ljósbrotsstuðul í þessu bandi, sem leggur grunninn að framleiðslu á ofurþunnum ljósleiðurum. Rannsakendurnir benda á að þetta sé fyrsta greinda uppgötvunin á einangrunarflötu ljósholi með þykkt aðeins tugum nanómetra í ljósleiðarasviðinu. Í kjölfarið voru frásogsróf og ómbylgjulengd hins öfgaþunna ljóshols mæld með þykkt bismúttelluríðs. Að lokum eru áhrif þykktar silfurfilmu á rafsegulfræðilega framkallað gegnsæisróf í nanóholum/ljósfræðilegum kristalbyggingum bismúttelluríðs rannsökuð.

Með því að búa til stórar, flatar, þunnar filmur úr einangrunarefnum úr bismúttelluríði og nýta sér afarháa ljósbrotsstuðul bismúttelluríðefna í nær-innrauða bandinu, fæst flatt ljóshol með þykkt upp á aðeins tugi nanómetra. Þetta ofurþunna ljóshol getur náð skilvirkri ljósgleypni í nær-innrauða bandinu og hefur mikilvægt notkunargildi í þróun ljósrafbúnaðar í ljóssamskiptasviðinu. Þykkt ljósholsins úr bismúttelluríði er línuleg miðað við bylgjulengdina og er minni en hjá svipuðum ljósholum úr kísil og germaníum. Á sama tíma er ljósholið úr bismúttelluríði samþætt ljósfræðilegum kristöllum til að ná fram óeðlilegum ljósáhrifum sem eru svipuð rafsegulfræðilegri gegnsæi frumeindakerfisins, sem veitir nýja aðferð til að stjórna litrófi örbyggingar. Þessi rannsókn gegnir ákveðnu hlutverki í að efla rannsóknir á einangrunarefnum í ljósstjórnun og ljósvirkum tækjum.