프로그래밍 가능한 나노포토닉 평면 공진기 필터
Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13225(2023) 이 기사 인용
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측정항목 세부정보
재구성 가능한 플라즈몬-광자 전자기 장치는 오늘날의 새로운 요구를 충족시키기 위해 외부 자극을 통해 광학적으로 변조할 수 있는 뛰어난 능력에 대해 끊임없이 연구되어 왔으며, 칼코겐화물 상변화 물질은 매우 독특한 전기 및 광학으로 인해 유망한 후보가 되어 최근 광자 분야의 새로운 관점을 가능하게 합니다. 응용 프로그램. 본 연구에서는 유한요소법(FEM)으로 설계하고 수치적으로 분석한 금속-유전체-PCM 기반 초박막 적층 평면층을 사용하는 재구성 가능한 공진기를 제안합니다. 이 구조는 기판으로 사용되는 금(Au), 산화알루미늄(Al2O3), PCM(In3SbTe2)의 얇은 필름을 기반으로 합니다. PCM 위상(비정질 및 결정질) 간의 변조를 통해 적외선(IR) 스펙트럼(1000~2500nm)에서 필터에서 흡수체 구조로의 전환이 가능하며 두 경우 모두 효율이 70% 이상입니다. 재료 두께의 영향도 분석되어 제조 오류에 대한 허용 오차를 확인하고 투과율 및 흡수율 피크의 효율성을 동적으로 제어합니다. 전계 결합과 전달/흡수 전력 밀도의 물리적 메커니즘을 조사합니다. 또한 두 경우 모두 TE(Transversal Electric) 및 TM(Transversal Magnetic) 편파의 편파각에 미치는 영향을 분석했습니다.
재구성 가능한 광소자를 사용하여 테라헤르츠(THz) 영역에서 전자기파를 효율적으로 제어하는 것은 특히 메타표면1,2,3,4,5, 메탈렌즈6,7, 플라즈모닉8,9 및 메타물질 흡수체10와 관련하여 이미 귀중한 현실입니다. 11. 이러한 맥락에서 비휘발성 칼코게나이드 상 변화 물질(PCM)12,13,14,15은 열 안정성, 비정질 상태와 결정질 상태 사이에 존재하는 급격한 변화에서 비휘발성 보장, 초고화질로 인해 큰 이점을 나타냅니다. - 광범위한 전자기 스펙트럼에 걸쳐 위상(펨토초의 경우 나노초)과 광학 상수 값 사이의 빠른 전환. PCM은 높은 읽기/쓰기 속도, 비휘발성 특성, 확장된 읽기/쓰기 저항 및 높은 확장성으로 인해 범용 메모리에 수많은 기술적 이점을 제공합니다. 비정질 PCM 필름은 결정화 온도(또는 유리 전이 온도) 이상으로 가열하여 결정화할 수 있지만 용융 온도에는 도달하지 않습니다. 유사하게, PCM 재형성 공정에는 PCM을 빠르게 녹여 비정질 상태로 되돌리는 과정이 포함됩니다. 실제 상황에서 상 변화가 있는 물질의 상태는 온도, 전기 전압 등을 통해 제어할 수 있으며 굴절률과 결과적으로 상대 유전율을 동적으로 제어할 수 있습니다. 위상 변화가 있는 물질의 높은 광학 대비는 적외선 스펙트럼에서 감지될 수 있으며, 열 방출기17, 위장18,19, 광검출기20, 편광21과 같은 수많은 실제 응용 분야가 발견됩니다. 풍부한 전환 가능 특성으로 인해 가장 많이 사용되는 칼코겐화물 PCM은 Ge-Sb-Te(GST)22,23,24를 기반으로 하는 PCM입니다. GST 기반 PCM은 광 재구성 가능 장치 분야와 랜덤 액세스 메모리 기술 개발에서 큰 주목을 받았습니다. 재구성 가능한 특성과 비휘발성으로 인해 파장 이하 기하학에서 빛을 조작하고 제어할 수 있습니다. 최근 연구에서는 Sb2S3 및 Sb2Se3 화합물이 가시광선 스펙트럼에 적용 가능한 낮은 광학 손실을 고려하여 상변화 물질로 분류되었습니다. GeTe 상 변화를 기반으로 한 적외선 영역의 열적으로 재구성 가능한 메타표면은 Ge-Te의 상 변화가 결정화/비정질화를 부분적으로 변경할 때 공명 피크를 이동시키는 흡수체 설계가 개발되었습니다. 근적외선 파장을 통과시키거나 감쇠시킬 수 있는 Ge2Sb2Se4Te1 기반의 광학적이고 동적으로 재구성 가능한 MIM(금속-절연체-금속) 필터가 29에서 개발 및 테스트되었습니다. In30에서 저자는 메타표면 전송의 2차수 변조와 거의 완벽한 흡수의 스펙트럼 조정으로 VO2 전이에 의해 구동되는 두 가지 기능 조정 체제를 실험적으로 입증했습니다. 두 기능 모두 다양한 메모리 효과를 위해 활용될 수 있는 히스테리시스와 유사한 동작을 동반합니다. Chen et al.31은 테라헤르츠 영역에서 VO2 기반 등방성 가변 광대역 흡수체를 제안했습니다. 수직 입사에서 기하학적 구조를 조정하면 1.08~2.55THz 사이에서 90%보다 큰 흡수 효율을 달성할 수 있습니다.
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