定制导电材料的厚度以增强其光子应用
发布时间：2023-02-10 11:02:13 阅读数： 535
a) TiN上的超亚波长AZO对p极化光的反射光谱。 b) p极化光的Ferrell-Berreman模式和s极化光的Fabry-Pérot模式在不同TiN厚度的TiN-AZO薄膜上。(a)-(c)中的实线是模拟结果。虚线是实验结果。 d）用TMM方法得到的AZO薄膜的角度和波长相关的吸收光谱。资料来源：先进材料（2022）。DOI: 10.1002/adma.202109546
普渡大学的研究人员发现，通过调整导电氮化物和氧化物，特别是质子氮化钛（TiN）和铝掺杂的氧化锌（AZO）的薄膜厚度，他们可以控制材料的光学特性，最明显的是其ε近零（ENZ）行为。普渡大学开发的TiN和AZO材料也具有最低的光学损耗。这为电信领域提供了新的应用，并推动了对许多光学非线性的研究。
普渡大学电气和计算机工程系教授Vladimir M. Shalaev和Alexandra Boltasseva以及他们的研究团队，在当时的博士后研究员Soham Saha的带领下，研究了这种控制ENZ点的方法，即材料既非电介质也非金属的波长。
当光穿过ENZ材料时，它的群速度减慢到接近零，它能够与材料互动更长的时间。这就产生了许多有趣的非线性现象。然而，对于大多数传统材料，ENZ点是固定的，难以移动。
研究人员所证明的是，光学特性的厚度关联是最容易操纵的事情之一，使他们能够使用相同的生长环境生长出具有不同ENZ特性的薄膜。通过定制材料薄膜的厚度和控制ENZ体系附近的光吸收，研究人员可以在许多不同的波长范围内研究绝对的ENZ物理学。这实现了广泛的非线性光学现象，包括全光开关、时间折射和高谐波生成。
在他们的研究中，研究人员通过反应性磁控溅射在硅上开发了低损耗的多晶TiN薄膜。AZO是通过脉冲激光沉积在生长好的TiN上生长的。他们通过光谱椭圆仪、原子力显微镜和透射电子显微镜研究了与厚度有关的光学特性的原因，将光学特性与结构特性联系起来。
作为一个动态、可调谐设备的概念证明，研究人员展示了使用带间泵的谐振器的全光开关，显示了皮秒的松弛时间。
该研究发表在《先进材料》杂志上。
更多信息。Soham Saha等，Tailoring the Thickness-Dependent Optical Properties of Conducting Nitrides and Oxides for Epsilon-Near-Zero-Enhanced Photonic Applications, Advanced Materials (2022). DOI: 10.1002/adma.202109546
