ഒപ്റ്റിക്കൽ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ ബാൻഡ്, അൾട്രാ-തിൻ ഒപ്റ്റിക്കൽ റെസൊണേറ്റർ

ഒപ്റ്റിക്കൽ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ ബാൻഡ്, അൾട്രാ-തിൻ ഒപ്റ്റിക്കൽ റെസൊണേറ്റർ
പരിമിതമായ സ്ഥലത്ത് പ്രകാശ തരംഗങ്ങളുടെ പ്രത്യേക തരംഗദൈർഘ്യങ്ങൾ പ്രാദേശികവൽക്കരിക്കാൻ ഒപ്റ്റിക്കൽ റെസൊണേറ്ററുകൾക്ക് കഴിയും, കൂടാതെ പ്രകാശ-ദ്രവ്യ പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിൽ അവയ്ക്ക് പ്രധാന പ്രയോഗങ്ങളുമുണ്ട്.ഒപ്റ്റിക്കൽ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ, ഒപ്റ്റിക്കൽ സെൻസിംഗ്, ഒപ്റ്റിക്കൽ ഇന്റഗ്രേഷൻ. റെസൊണേറ്ററിന്റെ വലുപ്പം പ്രധാനമായും മെറ്റീരിയൽ സവിശേഷതകളെയും പ്രവർത്തന തരംഗദൈർഘ്യത്തെയും ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു, ഉദാഹരണത്തിന്, നിയർ ഇൻഫ്രാറെഡ് ബാൻഡിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന സിലിക്കൺ റെസൊണേറ്ററുകൾക്ക് സാധാരണയായി നൂറുകണക്കിന് നാനോമീറ്ററുകളും അതിൽ കൂടുതലുമുള്ള ഒപ്റ്റിക്കൽ ഘടനകൾ ആവശ്യമാണ്. സമീപ വർഷങ്ങളിൽ, ഘടനാപരമായ നിറം, ഹോളോഗ്രാഫിക് ഇമേജിംഗ്, ലൈറ്റ് ഫീൽഡ് റെഗുലേഷൻ, ഒപ്റ്റോഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങൾ എന്നിവയിലെ സാധ്യതയുള്ള പ്രയോഗങ്ങൾ കാരണം അൾട്രാ-നേർത്ത പ്ലാനർ ഒപ്റ്റിക്കൽ റെസൊണേറ്ററുകൾ വളരെയധികം ശ്രദ്ധ ആകർഷിച്ചു. പ്ലാനർ റെസൊണേറ്ററുകളുടെ കനം എങ്ങനെ കുറയ്ക്കാം എന്നത് ഗവേഷകർ നേരിടുന്ന ബുദ്ധിമുട്ടുള്ള പ്രശ്നങ്ങളിലൊന്നാണ്.
പരമ്പരാഗത സെമികണ്ടക്ടർ വസ്തുക്കളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, 3D ടോപ്പോളജിക്കൽ ഇൻസുലേറ്ററുകൾ (ബിസ്മത്ത് ടെല്ലുറൈഡ്, ആന്റിമണി ടെല്ലുറൈഡ്, ബിസ്മത്ത് സെലിനൈഡ് മുതലായവ) ടോപ്പോളജിക്കലി സംരക്ഷിത ലോഹ ഉപരിതല അവസ്ഥകളും ഇൻസുലേറ്റർ അവസ്ഥകളുമുള്ള പുതിയ വിവര വസ്തുക്കളാണ്. ഉപരിതല അവസ്ഥ സമയ വിപരീതത്തിന്റെ സമമിതിയാൽ സംരക്ഷിക്കപ്പെടുന്നു, കൂടാതെ അതിന്റെ ഇലക്ട്രോണുകൾ കാന്തികമല്ലാത്ത മാലിന്യങ്ങളാൽ ചിതറിക്കിടക്കുന്നില്ല, ഇതിന് കുറഞ്ഞ പവർ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടിംഗിലും സ്പിൻട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളിലും പ്രധാനപ്പെട്ട പ്രയോഗ സാധ്യതകളുണ്ട്. അതേസമയം, ടോപ്പോളജിക്കൽ ഇൻസുലേറ്റർ മെറ്റീരിയലുകൾ ഉയർന്ന റിഫ്രാക്റ്റീവ് സൂചിക, വലിയ നോൺലീനിയർ പോലുള്ള മികച്ച ഒപ്റ്റിക്കൽ ഗുണങ്ങളും കാണിക്കുന്നു.ഒപ്റ്റിക്കൽകോഫിഫിഷ്യന്റ്, വൈഡ് വർക്കിംഗ് സ്പെക്ട്രം ശ്രേണി, ട്യൂണബിലിറ്റി, എളുപ്പത്തിലുള്ള സംയോജനം മുതലായവ, ഇത് പ്രകാശ നിയന്ത്രണം സാക്ഷാത്കരിക്കുന്നതിന് ഒരു പുതിയ പ്ലാറ്റ്‌ഫോം നൽകുന്നുഒപ്റ്റോ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങൾ.
വലിയ വിസ്തൃതിയിൽ വളരുന്ന ബിസ്മത്ത് ടെല്ലുറൈഡ് ടോപ്പോളജിക്കൽ ഇൻസുലേറ്റർ നാനോഫിലിമുകൾ ഉപയോഗിച്ച് അൾട്രാ-തിൻ ഒപ്റ്റിക്കൽ റെസൊണേറ്ററുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു രീതി ചൈനയിലെ ഒരു ഗവേഷണ സംഘം നിർദ്ദേശിച്ചിട്ടുണ്ട്. ഇൻഫ്രാറെഡ് ബാൻഡിൽ ഒപ്റ്റിക്കൽ കാവിറ്റി വ്യക്തമായ റെസൊണൻസ് ആഗിരണം സവിശേഷതകൾ കാണിക്കുന്നു. ബിസ്മത്ത് ടെല്ലുറൈഡിന് ഒപ്റ്റിക്കൽ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ ബാൻഡിൽ 6-ൽ കൂടുതൽ റിഫ്രാക്റ്റീവ് സൂചികയുണ്ട് (പരമ്പരാഗത ഉയർന്ന റിഫ്രാക്റ്റീവ് സൂചിക വസ്തുക്കളായ സിലിക്കൺ, ജെർമേനിയം എന്നിവയുടെ റിഫ്രാക്റ്റീവ് സൂചികയേക്കാൾ ഉയർന്നത്), അതിനാൽ ഒപ്റ്റിക്കൽ കാവിറ്റി കനം റെസൊണൻസ് തരംഗദൈർഘ്യത്തിന്റെ ഇരുപതിലൊന്ന് വരെ എത്താൻ കഴിയും. അതേ സമയം, ഒപ്റ്റിക്കൽ റെസൊണേറ്റർ ഒരു ഏകമാന ഫോട്ടോണിക് ക്രിസ്റ്റലിൽ നിക്ഷേപിക്കപ്പെടുന്നു, കൂടാതെ ഒപ്റ്റിക്കൽ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ ബാൻഡിൽ ഒരു പുതിയ വൈദ്യുതകാന്തിക പ്രേരിത സുതാര്യത പ്രഭാവം നിരീക്ഷിക്കപ്പെടുന്നു, ഇത് റെസൊണേറ്ററിനെ ടാം പ്ലാസ്മോണുമായി ബന്ധിപ്പിക്കുന്നതും അതിന്റെ വിനാശകരമായ ഇടപെടലും മൂലമാണ്. ഈ പ്രഭാവത്തിന്റെ സ്പെക്ട്രൽ പ്രതികരണം ഒപ്റ്റിക്കൽ റെസൊണേറ്ററിന്റെ കനം അനുസരിച്ചായിരിക്കും, കൂടാതെ ആംബിയന്റ് റിഫ്രാക്റ്റീവ് സൂചികയുടെ മാറ്റത്തിന് ശക്തവുമാണ്. അൾട്രാതിൻ ഒപ്റ്റിക്കൽ കാവിറ്റി, ടോപ്പോളജിക്കൽ ഇൻസുലേറ്റർ മെറ്റീരിയൽ സ്പെക്ട്രം റെഗുലേഷൻ, ഒപ്റ്റോ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങൾ എന്നിവയുടെ സാക്ഷാത്കാരത്തിന് ഈ കൃതി ഒരു പുതിയ വഴി തുറക്കുന്നു.
ചിത്രം 1a, 1b എന്നിവയിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ഒപ്റ്റിക്കൽ റെസൊണേറ്ററിൽ പ്രധാനമായും ബിസ്മത്ത് ടെല്ലുറൈഡ് ടോപ്പോളജിക്കൽ ഇൻസുലേറ്ററും സിൽവർ നാനോഫിലിമുകളും അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. മാഗ്നെട്രോൺ സ്പട്ടറിംഗ് ഉപയോഗിച്ച് തയ്യാറാക്കിയ ബിസ്മത്ത് ടെല്ലുറൈഡ് നാനോഫിലിമുകൾക്ക് വലിയ വിസ്തീർണ്ണവും നല്ല പരന്നതയുമുണ്ട്. ബിസ്മത്ത് ടെല്ലുറൈഡിന്റെയും സിൽവർ ഫിലിമുകളുടെയും കനം യഥാക്രമം 42 nm ഉം 30 nm ഉം ആയിരിക്കുമ്പോൾ, ഒപ്റ്റിക്കൽ കാവിറ്റി 1100~1800 nm ബാൻഡിൽ ശക്തമായ റെസൊണൻസ് ആഗിരണം കാണിക്കുന്നു (ചിത്രം 1c). ഗവേഷകർ ഈ ഒപ്റ്റിക്കൽ കാവിറ്റി Ta2O5 (182 nm), SiO2 (260 nm) പാളികളുടെ ഒന്നിടവിട്ട സ്റ്റാക്കുകൾ കൊണ്ട് നിർമ്മിച്ച ഒരു ഫോട്ടോണിക് ക്രിസ്റ്റലിലേക്ക് സംയോജിപ്പിച്ചപ്പോൾ (ചിത്രം 1e), യഥാർത്ഥ റെസൊണന്റ് അബ്സോർപ്ഷൻ പീക്കിന് (~1550 nm) സമീപം ഒരു പ്രത്യേക അബ്സോർപ്ഷൻ വാലി (ചിത്രം 1f) പ്രത്യക്ഷപ്പെട്ടു, ഇത് ആറ്റോമിക് സിസ്റ്റങ്ങൾ ഉൽ‌പാദിപ്പിക്കുന്ന വൈദ്യുതകാന്തികമായി പ്രേരിതമായ സുതാര്യത പ്രഭാവത്തിന് സമാനമാണ്.

ബിസ്മത്ത് ടെല്ലുറൈഡ് പദാർത്ഥത്തിന്റെ സവിശേഷത ട്രാൻസ്മിഷൻ ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പിയും എലിപ്സോമെട്രിയും ആയിരുന്നു. ചിത്രം 2a-2c ട്രാൻസ്മിഷൻ ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോഗ്രാഫുകളും (ഉയർന്ന റെസല്യൂഷൻ ഇമേജുകൾ) ബിസ്മത്ത് ടെല്ലുറൈഡ് നാനോഫിലിമുകളുടെ തിരഞ്ഞെടുത്ത ഇലക്ട്രോൺ ഡിഫ്രാക്ഷൻ പാറ്റേണുകളും കാണിക്കുന്നു. തയ്യാറാക്കിയ ബിസ്മത്ത് ടെല്ലുറൈഡ് നാനോഫിലിമുകൾ പോളിക്രിസ്റ്റലിൻ വസ്തുക്കളാണെന്നും പ്രധാന വളർച്ചാ ഓറിയന്റേഷൻ (015) ക്രിസ്റ്റൽ തലമാണെന്നും ചിത്രത്തിൽ നിന്ന് കാണാൻ കഴിയും. എലിപ്സോമീറ്റർ ഉപയോഗിച്ച് അളക്കുന്ന ബിസ്മത്ത് ടെല്ലുറൈഡിന്റെ സങ്കീർണ്ണമായ റിഫ്രാക്റ്റീവ് സൂചികയും ഘടിപ്പിച്ച ഉപരിതല അവസ്ഥയും സംസ്ഥാന സങ്കീർണ്ണ റിഫ്രാക്റ്റീവ് സൂചികയും ചിത്രം 2d-2f കാണിക്കുന്നു. ലോഹസമാന സവിശേഷതകൾ കാണിക്കുന്ന 230~1930 nm പരിധിയിലുള്ള ഉപരിതല അവസ്ഥയുടെ വംശനാശ ഗുണകം റിഫ്രാക്റ്റീവ് സൂചികയേക്കാൾ വലുതാണെന്ന് ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. തരംഗദൈർഘ്യം 1385 nm-ൽ കൂടുതലാകുമ്പോൾ ശരീരത്തിന്റെ അപവർത്തന സൂചിക 6-ൽ കൂടുതലായിരിക്കും, ഇത് ഈ ബാൻഡിലെ സിലിക്കൺ, ജെർമേനിയം, മറ്റ് പരമ്പരാഗത ഹൈ-റിഫ്രാക്റ്റീവ് സൂചിക വസ്തുക്കൾ എന്നിവയേക്കാൾ വളരെ കൂടുതലാണ്, ഇത് അൾട്രാ-തിൻ ഒപ്റ്റിക്കൽ റെസൊണേറ്ററുകൾ തയ്യാറാക്കുന്നതിനുള്ള അടിത്തറയിടുന്നു. ഒപ്റ്റിക്കൽ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ ബാൻഡിൽ പതിനായിരക്കണക്കിന് നാനോമീറ്റർ മാത്രം കനമുള്ള ഒരു ടോപ്പോളജിക്കൽ ഇൻസുലേറ്റർ പ്ലാനർ ഒപ്റ്റിക്കൽ കാവിറ്റിയുടെ ആദ്യ റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യപ്പെട്ട യാഥാർത്ഥ്യമാണിതെന്ന് ഗവേഷകർ ചൂണ്ടിക്കാട്ടുന്നു. തുടർന്ന്, ബിസ്മത്ത് ടെല്ലുറൈഡിന്റെ കനം ഉപയോഗിച്ച് അൾട്രാ-തിൻ ഒപ്റ്റിക്കൽ കാവിറ്റിയുടെ ആഗിരണ സ്പെക്ട്രവും അനുരണന തരംഗദൈർഘ്യവും അളന്നു. അവസാനമായി, ബിസ്മത്ത് ടെല്ലുറൈഡ് നാനോകാവിറ്റി/ഫോട്ടോണിക് ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനകളിലെ വൈദ്യുതകാന്തികമായി പ്രേരിതമായ സുതാര്യത സ്പെക്ട്രയിൽ സിൽവർ ഫിലിം കനത്തിന്റെ സ്വാധീനം അന്വേഷിക്കുന്നു.

ബിസ്മത്ത് ടെല്ലുറൈഡ് ടോപ്പോളജിക്കൽ ഇൻസുലേറ്ററുകളുടെ വലിയ വിസ്തീർണ്ണമുള്ള ഫ്ലാറ്റ് നേർത്ത ഫിലിമുകൾ തയ്യാറാക്കുന്നതിലൂടെയും, നിയർ ഇൻഫ്രാറെഡ് ബാൻഡിലെ ബിസ്മത്ത് ടെല്ലുറൈഡ് വസ്തുക്കളുടെ അൾട്രാ-ഹൈ റിഫ്രാക്റ്റീവ് സൂചിക പ്രയോജനപ്പെടുത്തുന്നതിലൂടെയും, പതിനായിരക്കണക്കിന് നാനോമീറ്ററുകൾ മാത്രം കട്ടിയുള്ള ഒരു പ്ലാനർ ഒപ്റ്റിക്കൽ കാവിറ്റി ലഭിക്കും. അൾട്രാ-നേർത്ത ഒപ്റ്റിക്കൽ കാവിറ്റിക്ക് നിയർ ഇൻഫ്രാറെഡ് ബാൻഡിൽ കാര്യക്ഷമമായ റെസൊണന്റ് പ്രകാശ ആഗിരണം സാധ്യമാകും, കൂടാതെ ഒപ്റ്റിക്കൽ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ ബാൻഡിലെ ഒപ്റ്റോ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളുടെ വികസനത്തിൽ ഇത് പ്രധാനപ്പെട്ട പ്രയോഗ മൂല്യമുണ്ട്. ബിസ്മത്ത് ടെല്ലുറൈഡ് ഒപ്റ്റിക്കൽ കാവിറ്റിയുടെ കനം റെസൊണന്റ് തരംഗദൈർഘ്യത്തിന് രേഖീയമാണ്, കൂടാതെ സമാനമായ സിലിക്കൺ, ജെർമേനിയം ഒപ്റ്റിക്കൽ കാവിറ്റിയേക്കാൾ ചെറുതാണ്. അതേസമയം, ആറ്റോമിക് സിസ്റ്റത്തിന്റെ വൈദ്യുതകാന്തികമായി പ്രേരിതമായ സുതാര്യതയ്ക്ക് സമാനമായ അനോമലസ് ഒപ്റ്റിക്കൽ പ്രഭാവം നേടുന്നതിന് ബിസ്മത്ത് ടെല്ലുറൈഡ് ഒപ്റ്റിക്കൽ കാവിറ്റി ഫോട്ടോണിക് ക്രിസ്റ്റലുമായി സംയോജിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു, ഇത് സൂക്ഷ്മഘടനയുടെ സ്പെക്ട്രം നിയന്ത്രണത്തിന് ഒരു പുതിയ രീതി നൽകുന്നു. പ്രകാശ നിയന്ത്രണത്തിലും ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫംഗ്ഷണൽ ഉപകരണങ്ങളിലും ടോപ്പോളജിക്കൽ ഇൻസുലേറ്റർ വസ്തുക്കളുടെ ഗവേഷണം പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്നതിൽ ഈ പഠനം ഒരു പ്രത്യേക പങ്ക് വഹിക്കുന്നു.