ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ బ్యాండ్, అల్ట్రా-సన్నని ఆప్టికల్ రెసొనేటర్

ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ బ్యాండ్, అల్ట్రా-సన్నని ఆప్టికల్ రెసొనేటర్
ఆప్టికల్ రెసొనేటర్లు పరిమిత స్థలంలో కాంతి తరంగాల నిర్దిష్ట తరంగదైర్ఘ్యాలను స్థానికీకరించగలవు మరియు కాంతి-పదార్థ పరస్పర చర్యలో ముఖ్యమైన అనువర్తనాలను కలిగి ఉంటాయి,ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్, ఆప్టికల్ సెన్సింగ్ మరియు ఆప్టికల్ ఇంటిగ్రేషన్. రెసొనేటర్ యొక్క పరిమాణం ప్రధానంగా పదార్థ లక్షణాలు మరియు ఆపరేటింగ్ తరంగదైర్ఘ్యంపై ఆధారపడి ఉంటుంది, ఉదాహరణకు, సమీప పరారుణ బ్యాండ్‌లో పనిచేసే సిలికాన్ రెసొనేటర్‌లకు సాధారణంగా వందల నానోమీటర్లు మరియు అంతకంటే ఎక్కువ ఆప్టికల్ నిర్మాణాలు అవసరం. ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, అల్ట్రా-సన్నని ప్లానర్ ఆప్టికల్ రెసొనేటర్‌లు స్ట్రక్చరల్ కలర్, హోలోగ్రాఫిక్ ఇమేజింగ్, లైట్ ఫీల్డ్ రెగ్యులేషన్ మరియు ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలలో వాటి సంభావ్య అనువర్తనాల కారణంగా చాలా దృష్టిని ఆకర్షించాయి. ప్లానర్ రెసొనేటర్‌ల మందాన్ని ఎలా తగ్గించాలి అనేది పరిశోధకులు ఎదుర్కొంటున్న క్లిష్ట సమస్యలలో ఒకటి.
సాంప్రదాయ సెమీకండక్టర్ పదార్థాలకు భిన్నంగా, 3D టోపోలాజికల్ ఇన్సులేటర్లు (బిస్మత్ టెల్యూరైడ్, యాంటిమోనీ టెల్యూరైడ్, బిస్మత్ సెలెనైడ్, మొదలైనవి) టోపోలాజికల్‌గా రక్షిత లోహ ఉపరితల స్థితులు మరియు ఇన్సులేటర్ స్థితులు కలిగిన కొత్త సమాచార పదార్థాలు. ఉపరితల స్థితి సమయ విలోమం యొక్క సమరూపత ద్వారా రక్షించబడుతుంది మరియు దాని ఎలక్ట్రాన్లు అయస్కాంతేతర మలినాలతో చెల్లాచెదురుగా ఉండవు, ఇది తక్కువ-శక్తి క్వాంటం కంప్యూటింగ్ మరియు స్పింట్రోనిక్ పరికరాల్లో ముఖ్యమైన అనువర్తన అవకాశాలను కలిగి ఉంటుంది. అదే సమయంలో, టోపోలాజికల్ ఇన్సులేటర్ పదార్థాలు అధిక వక్రీభవన సూచిక, పెద్ద నాన్‌లీనియర్ వంటి అద్భుతమైన ఆప్టికల్ లక్షణాలను కూడా చూపుతాయి.ఆప్టికల్గుణకం, విస్తృత పని స్పెక్ట్రం పరిధి, ట్యూనబిలిటీ, సులభమైన ఏకీకరణ మొదలైనవి, ఇది కాంతి నియంత్రణ యొక్క సాక్షాత్కారానికి కొత్త వేదికను అందిస్తుంది మరియుఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలు.
చైనాలోని ఒక పరిశోధనా బృందం పెద్ద విస్తీర్ణంలో పెరుగుతున్న బిస్మత్ టెల్యూరైడ్ టోపోలాజికల్ ఇన్సులేటర్ నానోఫిల్మ్‌లను ఉపయోగించి అల్ట్రా-థిన్ ఆప్టికల్ రెసొనేటర్‌ల తయారీకి ఒక పద్ధతిని ప్రతిపాదించింది. ఆప్టికల్ కేవిటీ సమీప ఇన్‌ఫ్రారెడ్ బ్యాండ్‌లో స్పష్టమైన రెసొనెన్స్ శోషణ లక్షణాలను చూపుతుంది. బిస్మత్ టెల్యూరైడ్ ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ బ్యాండ్‌లో 6 కంటే ఎక్కువ రిఫ్రాక్టివ్ ఇండెక్స్‌ను కలిగి ఉంది (సిలికాన్ మరియు జెర్మేనియం వంటి సాంప్రదాయ హై రిఫ్రాక్టివ్ ఇండెక్స్ మెటీరియల్స్ యొక్క రిఫ్రాక్టివ్ ఇండెక్స్ కంటే ఎక్కువ), తద్వారా ఆప్టికల్ కేవిటీ మందం రెసొనెన్స్ తరంగదైర్ఘ్యంలో ఇరవైవ వంతుకు చేరుకుంటుంది. అదే సమయంలో, ఆప్టికల్ రెసొనేటర్ ఒక డైమెన్షనల్ ఫోటోనిక్ క్రిస్టల్‌పై నిక్షిప్తం చేయబడుతుంది మరియు ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ బ్యాండ్‌లో ఒక నవల విద్యుదయస్కాంత ప్రేరిత పారదర్శకత ప్రభావం గమనించబడుతుంది, ఇది టామ్ ప్లాస్మోన్‌తో రెసొనేటర్‌ను కలపడం మరియు దాని విధ్వంసక జోక్యం కారణంగా ఉంటుంది. ఈ ప్రభావం యొక్క స్పెక్ట్రల్ ప్రతిస్పందన ఆప్టికల్ రెసొనేటర్ యొక్క మందంపై ఆధారపడి ఉంటుంది మరియు పరిసర వక్రీభవన సూచిక యొక్క మార్పుకు బలంగా ఉంటుంది. ఈ పని అల్ట్రాథిన్ ఆప్టికల్ కేవిటీ, టోపోలాజికల్ ఇన్సులేటర్ మెటీరియల్ స్పెక్ట్రమ్ రెగ్యులేషన్ మరియు ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల సాక్షాత్కారానికి కొత్త మార్గాన్ని తెరుస్తుంది.
FIG. 1a మరియు 1b లలో చూపిన విధంగా, ఆప్టికల్ రెసొనేటర్ ప్రధానంగా బిస్మత్ టెల్యూరైడ్ టోపోలాజికల్ ఇన్సులేటర్ మరియు సిల్వర్ నానోఫిల్మ్‌లతో కూడి ఉంటుంది. మాగ్నెట్రాన్ స్పుట్టరింగ్ ద్వారా తయారు చేయబడిన బిస్మత్ టెల్యూరైడ్ నానోఫిల్మ్‌లు పెద్ద వైశాల్యం మరియు మంచి ఫ్లాట్‌నెస్ కలిగి ఉంటాయి. బిస్మత్ టెల్యూరైడ్ మరియు సిల్వర్ ఫిల్మ్‌ల మందం వరుసగా 42 nm మరియు 30 nm ఉన్నప్పుడు, ఆప్టికల్ కుహరం 1100~1800 nm బ్యాండ్‌లో బలమైన ప్రతిధ్వని శోషణను ప్రదర్శిస్తుంది (మూర్తి 1c). పరిశోధకులు ఈ ఆప్టికల్ కుహరాన్ని Ta2O5 (182 nm) మరియు SiO2 (260 nm) పొరల ప్రత్యామ్నాయ స్టాక్‌లతో తయారు చేసిన ఫోటోనిక్ క్రిస్టల్‌పై అనుసంధానించినప్పుడు (మూర్తి 1e), ఒక ప్రత్యేకమైన శోషణ లోయ (మూర్తి 1f) అసలు ప్రతిధ్వని శోషణ శిఖరం (~1550 nm) దగ్గర కనిపించింది, ఇది అణు వ్యవస్థల ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన విద్యుదయస్కాంత ప్రేరిత పారదర్శకత ప్రభావాన్ని పోలి ఉంటుంది.

బిస్మత్ టెల్యూరైడ్ పదార్థం ట్రాన్స్‌మిషన్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ మరియు ఎలిప్సోమెట్రీ ద్వారా వర్గీకరించబడింది. FIG. 2a-2c ట్రాన్స్‌మిషన్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోగ్రాఫ్‌లు (హై-రిజల్యూషన్ చిత్రాలు) మరియు బిస్మత్ టెల్యూరైడ్ నానోఫిల్మ్‌ల యొక్క ఎంచుకున్న ఎలక్ట్రాన్ డిఫ్రాక్షన్ నమూనాలను చూపిస్తుంది. తయారుచేసిన బిస్మత్ టెల్యూరైడ్ నానోఫిల్మ్‌లు పాలీక్రిస్టలైన్ పదార్థాలు అని మరియు ప్రధాన పెరుగుదల ధోరణి (015) క్రిస్టల్ ప్లేన్ అని చిత్రం నుండి చూడవచ్చు. ఫిగర్ 2d-2f ఎలిప్సోమీటర్ ద్వారా కొలవబడిన బిస్మత్ టెల్యూరైడ్ యొక్క సంక్లిష్ట వక్రీభవన సూచిక మరియు అమర్చిన ఉపరితల స్థితి మరియు స్థితి సంక్లిష్ట వక్రీభవన సూచికను చూపుతుంది. ఫలితాలు ఉపరితల స్థితి యొక్క విలుప్త గుణకం 230~1930 nm పరిధిలో వక్రీభవన సూచిక కంటే ఎక్కువగా ఉందని, లోహం లాంటి లక్షణాలను చూపుతుందని చూపిస్తుంది. తరంగదైర్ఘ్యం 1385 nm కంటే ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు శరీరం యొక్క వక్రీభవన సూచిక 6 కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది, ఇది ఈ బ్యాండ్‌లోని సిలికాన్, జెర్మేనియం మరియు ఇతర సాంప్రదాయ అధిక-వక్రీభవన సూచిక పదార్థాల కంటే చాలా ఎక్కువ, ఇది అల్ట్రా-సన్నని ఆప్టికల్ రెసొనేటర్ల తయారీకి పునాది వేస్తుంది. ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ బ్యాండ్‌లో కేవలం పదుల నానోమీటర్ల మందం కలిగిన టోపోలాజికల్ ఇన్సులేటర్ ప్లానర్ ఆప్టికల్ కేవిటీ యొక్క మొట్టమొదటి నివేదించబడిన సాక్షాత్కారం ఇదేనని పరిశోధకులు అభిప్రాయపడుతున్నారు. తదనంతరం, అల్ట్రా-సన్నని ఆప్టికల్ కేవిటీ యొక్క శోషణ స్పెక్ట్రం మరియు ప్రతిధ్వని తరంగదైర్ఘ్యాన్ని బిస్మత్ టెల్యూరైడ్ మందంతో కొలుస్తారు. చివరగా, బిస్మత్ టెల్యూరైడ్ నానోకావిటీ/ఫోటోనిక్ క్రిస్టల్ నిర్మాణాలలో విద్యుదయస్కాంత ప్రేరిత పారదర్శకత స్పెక్ట్రాపై వెండి ఫిల్మ్ మందం యొక్క ప్రభావాన్ని పరిశీలిస్తారు.

బిస్మత్ టెల్యూరైడ్ టోపోలాజికల్ ఇన్సులేటర్ల యొక్క పెద్ద ఏరియా ఫ్లాట్ సన్నని ఫిల్మ్‌లను తయారు చేయడం ద్వారా మరియు సమీప ఇన్‌ఫ్రారెడ్ బ్యాండ్‌లోని బిస్మత్ టెల్యూరైడ్ పదార్థాల అల్ట్రా-హై రిఫ్రాక్టివ్ ఇండెక్స్‌ను సద్వినియోగం చేసుకోవడం ద్వారా, కేవలం పదుల సంఖ్యలో నానోమీటర్ల మందం కలిగిన ప్లానర్ ఆప్టికల్ కేవిటీని పొందవచ్చు. అతి సన్నని ఆప్టికల్ కేవిటీ సమీప ఇన్‌ఫ్రారెడ్ బ్యాండ్‌లో సమర్థవంతమైన ప్రతిధ్వని కాంతి శోషణను గ్రహించగలదు మరియు ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ బ్యాండ్‌లోని ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల అభివృద్ధిలో ముఖ్యమైన అనువర్తన విలువను కలిగి ఉంటుంది. బిస్మత్ టెల్యూరైడ్ ఆప్టికల్ కేవిటీ యొక్క మందం ప్రతిధ్వని తరంగదైర్ఘ్యానికి సరళంగా ఉంటుంది మరియు సారూప్య సిలికాన్ మరియు జెర్మేనియం ఆప్టికల్ కేవిటీ కంటే తక్కువగా ఉంటుంది. అదే సమయంలో, బిస్మత్ టెల్యూరైడ్ ఆప్టికల్ కేవిటీని ఫోటోనిక్ క్రిస్టల్‌తో అనుసంధానించి, అణు వ్యవస్థ యొక్క విద్యుదయస్కాంత ప్రేరిత పారదర్శకతకు సమానమైన క్రమరహిత ఆప్టికల్ ప్రభావాన్ని సాధించడానికి ఉపయోగిస్తారు, ఇది సూక్ష్మ నిర్మాణం యొక్క స్పెక్ట్రమ్ నియంత్రణకు కొత్త పద్ధతిని అందిస్తుంది. ఈ అధ్యయనం కాంతి నియంత్రణ మరియు ఆప్టికల్ ఫంక్షనల్ పరికరాలలో టోపోలాజికల్ ఇన్సులేటర్ పదార్థాల పరిశోధనను ప్రోత్సహించడంలో ఒక నిర్దిష్ట పాత్ర పోషిస్తుంది.