En ince optik dalga kılavuzu, sadece üç katman atom içinde ışık verir

En ince optik dalga kılavuzu, sadece üç katman atom içinde ışık verir

Sosyal medyada Paylaş

En ince optik dalga kılavuzu, sadece üç katman atom içinde ışık verir

Havada asılı ve kare bir nano delik dizisi ile desenli tungsten disülfür kristalinin bir tek tabakasının gösterimi. Lazerle uyarma üzerine, tek tabakalı kristal fotolüminesans yayar. Bu ışığın bir kısmı tek tabakalı kristalde birleşir ve malzeme boyunca yönlendirilir. Nano delik dizisinde, kırılma endeksindeki periyodik modülasyon, ışığın küçük bir kısmının malzemenin düzleminden çürümesine neden olarak ışığın yönlendirilmiş mod rezonansı olarak gözlenmesini sağlar. Kredi: Çubukçu laboratuarı

Kaliforniya Üniversitesi San Diego'daki mühendisler, dünyanın en ince optik cihazını (üç kat atom atomu inceliğinde bir dalga kılavuzu) geliştirdiler.

Çalışma, optik cihazların, bugünün cihazlarından daha küçük büyüklükteki boyutlara küçültülmesi için bir konsept kanıtıdır. Daha yüksek yoğunluklu, daha yüksek kapasiteli fotonik cipslerin gelişmesine yol açabilir. Araştırmacılar bulgularını 12 Ağustos'ta yayınladı. Doğa Nanoteknolojisi.

UC San Diego'da nano mühendisliği ve elektrik mühendisliği profesörü olan kıdemli bir yazar Ertuğrul Çubukç, "Temel olarak, optik bir dalga kılavuzunun ne kadar ince yapılabileceğinin sınırını gösteriyoruz" dedi.

Yeni dalga kılavuzu yaklaşık altı angstromu ölçer – bu, tipik bir optik fiberden 10.000 kat daha ince ve entegre fotonik devrelerde çip üzerindeki optik dalga kılavuzlarından yaklaşık 500 kat daha incedir.

Dalga kılavuzu, bir silikon çerçeveye asılmış bir tungsten disülfür mono tabakadan (iki kükürt atomu tabakası arasına yerleştirilmiş bir tungsten atomu tabakasından oluşur) oluşur. Tek tabaka aynı zamanda bir fotonik kristal oluşturan bir dizi nano-delikli paternle de düzenlenmiştir.

Bu tek tabakalı kristalin özel özelliği, oda sıcaklığında eksitonlar olarak bilinen elektron deliği çiftlerini desteklemesidir. Bu eksilasyonlar, kristali, yüzeylerini çevreleyen havadan yaklaşık dört kat daha büyük bir kırılma indisi veren, kristalin bir optik tepkisi oluşturur. Karşılaştırma yapıldığında, aynı kalınlığa sahip başka bir malzeme kırılma indisinin yüksekliğine sahip olmayacaktır. Işık kristal içinden gönderildiğinde, içerde tutulur ve düzlem boyunca toplam iç yansıma ile yönlendirilir. Bu, optik bir dalga kılavuzunun nasıl çalıştığının temel mekanizmasıdır.

En ince optik dalga kılavuzu, sadece üç katman atom içinde ışık verir

Dalga kılavuzu yapısının SEM görüntüsü: nano-delikli desenlerle süspanse edilmiş bir askıda tungsten disülfür monoloayer. Kredi: Çubukçu laboratuarı

Bir başka özel özellik, dalga kılavuzunun görünür spektrumdaki ışığı kanalize etmesidir. Cubukçu, "Bu, bu kadar ince bir malzemede yapmak zor." Dedi. "Dalga kılavuzu, daha önce atomik olarak da ince olan, ancak kızılötesi dalga boylarında grafen ile gösterildi. İlk kez görünür bölgede dalga kılavuzluğunu gösterdik."

Kristalin içine oyulmuş nanosize edilmiş delikler, ışığın uçağa dik olarak yayılmasını ve böylece gözlemlenebilmesini ve gözlenebilmesini sağlar. Bu delik dizisi, kristali bir rezonatör olarak iki katına çıkaran periyodik bir yapı üretir.

"Bu aynı zamanda, deneysel olarak gösterilebilecek görünür ışık için en ince optik rezonatördür." Dedi. Bu proje üzerinde Cubukcu'nun UC San Diego'daki laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı olarak çalışan ilk yazar Xingwang Zhang. “Bu sistem sadece ışık-madde etkileşimini rezonanslı bir şekilde geliştirmiyor, aynı zamanda ışığı optik dalga kılavuzuna bağlamak için ikinci dereceden bir ızgara kuplör görevi görüyor.”

Araştırmacılar, dalga kılavuzu oluşturmak için ileri mikro ve nanofabrikasyon teknikleri kullandılar. Yapının oluşturulması özellikle zorlayıcıydı, dedi nano mühendisliği doktorası Chawina De-Eknamkul. UC San Diego'da öğrenci ve çalışmanın ortak yazarı. “Malzeme atomik olarak ince, bu yüzden silikon bir çerçeve üzerinde askıya almak için bir işlem geliştirmek zorunda kaldık ve tam olarak kırmadan desenlendirdik” dedi.

İşlem, silikon bir çerçeve tarafından desteklenen ince bir silikon nitrit membranı ile başlar. Bu, dalga kılavuzunun üzerine yerleştirildiği alt tabakadır. Bir şablon oluşturmak için membran içine bir dizi nanosize edilmiş delik düzenlenir. Daha sonra, bir tungsten disülfür kristal tabakası membran üzerine damgalanır. İyonlar daha sonra aynı delik düzenini kristalin içine oymak için membrandan gönderilir. Son adımda, silikon nitrür membranı, kristal çerçeve silikon çerçeve üzerinde asılı bırakılarak yavaşça kazınır. Sonuç, çekirdeğin, düşük bir kırılma endeksine sahip bir malzeme (hava) ile çevrili tek tabakalı bir tungsten disülfür fotonik kristalinden oluştuğu bir optik dalga kılavuzudur.

Ekip, ilerlemeye devam ederek dalga kılavuzuna ilişkin temel özellikleri ve fiziği keşfetmeye devam edecektir.


NRL, mekanik olmayan yeni lazer direksiyon teknolojisini gösteriyor


Daha fazla bilgi:
Görünür fotonların ångström kalınlık limitinde yönlendirilmesi, Doğa Nanoteknolojisi (2019). DOI: 10.1038 / s41565-019-0519-6

Tarafından sunulan
Kaliforniya Üniversitesi – San Diego


alıntı:
                                                 En ince optik dalga kılavuzu, sadece üç katman atom içinde ışık verir (2019, 12 Ağustos).
                                                 12 Ağustos 2019 tarihinde alındı
                                                 https://phys.org/news/2019-08-thinnest-optical-waveguide-channels-layers.html adresinden

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amacıyla yapılan herhangi bir dürüst işlem dışında,
                                            Bölüm, yazılı izin olmadan çoğaltılabilir. İçerik sadece bilgi amaçlıdır.

Kaynak

admin

Talebemektebi bir sevdanın hikayesi

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir