原子级超薄波导,适用范围首入可见光区

时间:2019-09-05 来源:www.hnytgqt.net

18: 56: 29技术实验室

Sciencedaily.com 8月12日报道,加州大学圣地亚哥分校(以下简称UCSD)的工程师开发出世界上最薄的光学器件 - 由三层原子组成的薄层波导。这项工作证明,继续将光学设备减少几个数量级是可行的。这将极大地促进高密度,高容量光子芯片的发展。相关结果发表在《自然纳米技术》杂志上。

加州大学圣地亚哥分校纳米工程和电气工程教授Ertugrul Cubukcu说:“从根本上说,我们已经确认了光波导的厚度限制在哪里。”新波导仅约6埃厚。该厚度是普通光纤的万分之一,是集成光子电路中使用的光波导厚度的五分之一。波导主要由悬浮在硅基框架上的单层二硫化钨组成。单层材料还具有形成光子晶体的纳米级孔阵列。单层晶体的独特之处在于它在室温下支持电子 - 空穴对(即激子)。激子可以产生强烈的光学响应,使得晶体的折射率比其表面周围空气的折射率高四倍。光线穿过水晶并被困在其中,并通过全内反射沿着平面移动。这是光波导操作的基本原理。

Cubukcu等人开发的超薄波导的另一个特点。是指在可见光谱中引导光线的能力。库布卡说:“在如此薄的材料中实现光引导是非常具有挑战性的。尽管研究人员之前已经证明了这种波导使用的是同一种非常薄的石墨烯材料,但它的范围仅限于红外波长区域,我们第一次来到这里。可见光区域显示波导。蚀刻在晶体中的纳米孔允许部分光垂直于平面散射,使研究人员能够观察和检测。纳米孔阵列形成的周期性结构允许晶体同时用作谐振器。张兴旺,库布库实验室的博士后研究员,论文的第一作者,说:“这可能是有史以来最薄的可见光谐振器。该系统不仅通过共振增强了光与物质的相互作用,而且起到了二阶光栅耦合器的作用。将光耦合到光导纤维中。

研究人员利用先进的微纳米技术制作了波导。UCSD纳米工程博士生、论文作者Chawina de Eknamkul说:“构造这种结构非常具有挑战性。这种材料非常薄,我们必须设计一种工艺,在不破坏硅框架结构的情况下将其悬挂在硅框架上。在精确测定的情况下,“整个施工过程从硅框架支撑的氮化硅薄膜开始。首先,研究人员在氮化硅薄膜上打上纳米大小的孔,形成模板;然后,在薄膜上压上一层二硫化钨晶体;然后,离子通过薄膜,在晶体上蚀刻相同的纳米孔;最后,氮化硅薄膜被小心地覆盖。移除Y以将晶体悬浮在硅框架上。结果,研究人员创造了一种超薄光导纤维。

在下一阶段,研究人员将继续探索超薄波导的基本和物理特性。

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编纂:雷新宇

审查人:西摩

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期刊号:1748-3387

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Sciencedaily.com 8月12日报道,加州大学圣地亚哥分校(以下简称UCSD)的工程师开发出世界上最薄的光学器件 - 由三层原子组成的薄层波导。这项工作证明,继续将光学设备减少几个数量级是可行的。这将极大地促进高密度,高容量光子芯片的发展。相关结果发表在《自然纳米技术》杂志上。

加州大学圣地亚哥分校纳米工程和电气工程教授Ertugrul Cubukcu说:“从根本上说,我们已经确认了光波导的厚度限制在哪里。”新波导仅约6埃厚。该厚度是普通光纤的万分之一,是集成光子电路中使用的光波导厚度的五分之一。波导主要由悬浮在硅基框架上的单层二硫化钨组成。单层材料还具有形成光子晶体的纳米级孔阵列。单层晶体的独特之处在于它在室温下支持电子 - 空穴对(即激子)。激子可以产生强烈的光学响应,使得晶体的折射率比其表面周围空气的折射率高四倍。光线穿过水晶并被困在其中,并通过全内反射沿着平面移动。这是光波导操作的基本原理。

Cubukcu等人开发的超薄波导的另一个特点。能够将光引导到可见光谱中。 Cubukcu说:“在如此薄的材料中实现光导是非常具有挑战性的。尽管研究人员之前已经使用相同的非常薄的石墨烯材料证明了波导,但其范围仅限于红外波长区域,我们在这里是第一个可见光区域展示了波导。蚀刻到晶体中的纳米孔允许部分光线垂直于平面散射,使研究人员能够进行观察和检测。纳米孔阵列形成的周期性结构允许晶体被使用作为谐振器的同时,Cubukcu Labs的博士后研究员和该论文的第一作者Xingwang Zhang说:“这可能是迄今为止最薄的可见光学谐振器。该系统不仅通过共振增强了光与物质的相互作用,而且还起到二阶光栅耦合器的作用。将光耦合到光波导中。“

研究人员使用先进的微纳米技术制造了波导。加州大学圣地亚哥分校纳米工程博士生,本文作者Chawina De-Eknamkul说:“构建这种结构非常具有挑战性。材料非常薄,我们必须设计一种工艺,将其悬挂在硅框架上而不破坏框架结构。在精确确定的情况下。“整个构造过程始于由硅框架支撑的氮化硅膜。首先,研究人员在氮化硅薄膜上打出纳米尺寸的孔,形成模板;然后,将单层二硫化钨晶体压在薄膜上;然后,离子通过薄膜在晶体上蚀刻相同的纳米孔;最后,小心地移除氮化硅膜以将晶体悬浮在硅框架上。结果,研究人员创造了一种超薄光波导。

在下一阶段,研究人员将继续探索超薄波导的基本和物理特性。

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编译:雷新宇

评论者:西摩

《自然纳米技术》

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