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物理学家提高六方氮化硼的光学效率

时间:2018-05-14  点击: 26

该图显示直接测量的极化子通过六角形氮化硼(hBN)薄片传播。这种材料已被确定为二维材料研究的理想基底,同时最近也被证明是一种令人兴奋的用于红外纳米光子学的光学材料。信贷:美国海军研究实验室

由美国海军研究实验室(NRL)领导的一个物理学家小组展示了改善六方氮化硼器件的光学损耗特性和传输效率的手段,使非常小的激光器和纳米级光学器件成为可能。

“该研究的应用范围相当广泛,”NRL电子科学与技术部研究物理学家Alexander J. Giles博士说。 “通过将光限制在非常小的尺寸,纳米光电子设备可直接用于超高分辨率显微镜,太阳能收集,光学计算和有针对性的医疗治疗。”

六方氮化硼(hBN)形成由硼和氮原子组成的原子级薄晶格。这种材料最近被证明是一种令人兴奋的用于红外纳米光子学的光学材料,被认为是二维材料的“理想基材”。

虽然以前的工作表明,天然hBN支持深度亚衍射双曲线声子极化激元,如次衍射光学成像(所谓的“超透镜”),能量转换,化学感应和量子纳米光子等应用所期望的,有限的传输效率继续坚持下去。

“我们已经证明,纳米光子学固有的效率限制可以通过仔细设计极性半导体和介电材料中的同位素来克服,”Giles说。

天然存在的硼由两种同位素组成,即硼-10和硼-11,它们的原子质量相差10%。这种差异导致由于声子散射造成的大量损失,限制了这种材料的潜在应用。 NRL的研究团队设计了超过99%的同位素纯度的hBN样品,这意味着它们几乎全部由硼-10或硼-11同位素组成。

这种方法可以显着减少光学损耗,从而导致光学模式进一步延长三倍,并且比天然hBN长三倍。这些长寿命的振动模式不仅能够实现hBN特有的近场进展 - 近场光学和化学传感 - 还为其他材料系统开发和利用提供了战略方法。

Giles说:“控制和操纵纳米尺度,亚衍射尺寸的光是非常困难和低效的。 “我们的工作代表了下一代材料和设备的新发展方向。”

出版物:Alexander J.Giles等人,“同位素纯氮化硼中的超低损耗极化激元”,Nature Materials,2018; DOI:10.1038 / nmat5047

来源:海军研究实验室

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