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僅三個原子厚!最薄光學裝置問世

來源:科技日報    作者:    發布時間:2019-08-14 10:42    編輯:李娜

  據最新一期《自然·納米技術》報道,美國科學家研制出世界上最薄的光學裝置——一種只有3個原子厚的波導。此項研究成果可將現有光學器件的尺寸縮小幾個數量級,或帶來更高密度、更高容量的光子芯片。

  加州大學圣地亞哥分校研制的這款新型波導,厚度約為6埃米(1埃米=10-10米),比典型光纖薄1萬倍,比集成光子電路中的片上光波導薄約500倍。波導由懸浮在硅框架上的二硫化鎢單層(兩層硫原子中間夾一層鎢原子)組成,單層由一系列納米孔圖案形成光子晶體。

  這種單層晶體的特殊之處在于,其在室溫下可支持被稱為激子的電子—空穴對。這些激子產生強烈的光學響應,使晶體的折射率大約是圍繞其表面的空氣折射率的4倍。相比之下,具有相同厚度的另一種材料不具備如此高的折射率。當光線通過晶體傳播時,它會被內部捕獲并通過全內反射沿著平面傳導。該波導的另一個特征是,可在可見光譜中傳導光。

  蝕刻到晶體中的納米孔允許一些光垂直于平面散射,從而得以觀察和探測。這個孔陣列產生的周期性結構,使晶體還能作為諧振器。該系統不僅可以共振地增強光物質相互作用,還可作為二階光柵耦合器將光耦合到光波導中。

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