การตอบสนองแสงเชิงเส้นแบบไม่เชิงเส้นแบบลำดับที่สามแบบปรับได้ด้วยไฟฟ้าใน graphene

Anonim

การมุ่งเน้นการวิจัยเกี่ยวกับวัสดุ 2 มิติได้ทวีความรุนแรงมากขึ้นด้วยศักยภาพในการปรับแสงเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่เหนือกว่าและสามารถประยุกต์ใช้งานที่สามารถปรับปรุงเทคโนโลยีที่มีอยู่ได้ Graphene เป็นวัสดุชนิด 2 มิติที่รู้จักกันดีที่สุดซึ่งมาจากแกรไฟต์ 3 มิติซึ่งเป็นอะตอมของอะตอมของคาร์บอนที่จัดเรียงไว้ในตาข่ายรูปหกเหลี่ยมขนาด 2-D ซึ่งแสดงถึงการปฏิสัมพันธ์ของแสงชนิดพิเศษที่มีความยืดหยุ่นสูงสามารถใช้งานได้ในสเปกตรัมกว้างมาก เหมาะสำหรับการสร้างเล็คโตนิกและอุปกรณ์ optoelectronic ยุคหน้า คุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นเอกลักษณ์ของ graphene เกิดขึ้นจากกรวย Dirac มีคุณสมบัติในโครงสร้างแถบอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นตัวนำประจุไฟฟ้าที่มีมวลโมเมนตัมเป็นศูนย์ซึ่งเรียกว่า Fermions Dirac ที่ไม่มีมวลซึ่งเกิดขึ้นในวัสดุ 2 มิติ นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุกำลังอยู่ในขั้นตอนของการทดลองเพื่อให้ทราบถึงคุณสมบัติที่น่าสนใจมากมายของการตอบสนองเชิงเส้นของ graphene เพื่อให้คำมั่นสัญญาว่าจะทำลายเทคโนโลยีที่มีอยู่และอำนวยความสะดวกในการใช้งานที่หลากหลาย

การเกิดของเลนส์ออฟไลนส์ได้รับการยกย่องในการทดลองในปีพ. ศ. 2504 โดย Peter Franken และเพื่อนร่วมงานด้วยพัลซิ่งทับทิมเลเซอร์ซึ่งพวกเขาสังเกตเห็นผลเชิงเส้นของการสร้างฮาร์โมนิกที่สอง (SHG, doubling frequency) เป็นครั้งแรก การควบคุมความไม่เป็นเชิงเส้นแบบออปติคัลแบบไดนามิกยัง จำกัด อยู่ในห้องปฏิบัติการวิจัยเป็นเครื่องมือทางสเปกโตรสโคปในปัจจุบัน

ตอนนี้กำลังเขียน Nature Photonics, Tao Jiang และคณะ (THG, tripling ความถี่) สามารถปรับได้อย่างกว้างขวางใน graphene โดยใช้แรงดันไฟฟ้าประตูไฟฟ้า นี้มีหลายโปรแกรมประยุกต์ที่มีศักยภาพเกตเวย์ปรับแต่งกลไกเชิงแสงที่ไม่เป็นเชิงเส้นของกราฟีนและวัสดุกราฟิกชนิดอื่น ๆ 2 มิติเป็นที่ต้องการของวิศวกรในอนาคตเกี่ยวกับชิปออปติคัลและออพโตอิเล็กทรอนิคส์ด้วยความเร็วสูงและการใช้งานร่วมกับสารกึ่งตัวนำโลหะออกไซด์เสริม สำหรับการประดิษฐ์อุปกรณ์ ก่อนหน้านี้ได้มีการรายงานเกี่ยวกับการสร้างการสร้างฮาร์โมนิกที่สองแบบปรับได้ด้วยไฟฟ้าในวัสดุ 2 มิติอื่น ๆ เช่นทังสเตน diselenide (WSe 2) ด้วย excitons ถึงแม้ว่าแบนด์วิธของสเปกตรัมจะถูก จำกัด ก็ตาม ในทางปฏิบัติการปรับความถี่ในการป้อนข้อมูลหรือศักยภาพทางเคมี (E f) ของกราฟีนสามารถให้ข้อมูลโดยละเอียดเกี่ยวกับการตอบสนองทางแสงแบบไม่เชิงเส้นอันดับสามได้

ลำดับขั้นตอนที่สามเป็นที่รู้จักกันในชื่อสี่ - คลื่นผสมขณะที่พวกเขาผสมสามส่วนเพื่อผลิตที่สี่ ผลการวิจัยล่าสุดจาก Jiang et al. เกิดจากความสามารถในการปรับศักย์ทางเคมี (E f) ของ graphene และไฟฟ้าเปิดหรือปิดโฟตอนเดียวและการเปลี่ยนช่วงจังหวะ multiphoton ด้วย gating ไอออนเจล (หรือที่รู้จักกันในชื่อว่า doping gate-controlled) สำหรับชุดค่าความถี่อินพุตที่กำหนด ผลการทดลองสอดคล้องกับการคำนวณทางทฤษฎีเพื่อเป็นพื้นฐานในการเข้าใจกระบวนการทางแสงแบบไม่เชิงเส้นแบบลำดับที่สามในวัสดุของเทอร์เรนและกราฟีน

แบนด์วิดธ์การทำงานของ THG ที่สามารถปรับค่าได้ตั้งแต่ ~ 1300 nm ถึง 1650 nm ซึ่งครอบคลุมช่วงสเปกตรัมที่พบได้มากที่สุดสำหรับการสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติกที่ 1550 นาโนเมตร แบนด์วิดท์การดำเนินงานแบบกว้างดังกล่าวเป็นผลมาจากการกระจายพลังงานของ fenions graphene Dirac การสังเกตคล้ายคลึงกับการตรวจสอบแบบขนานที่ตีพิมพ์ใน นาโนเทคโนโลยีธรรมชาติ เพื่อควบคุมประสิทธิภาพของ THG (THGE) ของ graphene เช่นเดียวกันกับ fermions Dirac ที่ไม่มีมวล โดยรวมแล้วความไม่เป็นเชิงเส้นออปติคอลของเกรนเน็ทที่ปรับเปลี่ยนได้จากการทดลองพบว่ามีวิธีการใหม่ในการสร้างอุปกรณ์ออปติคอลเชิงเส้นแบบปรับขนาดได้ทางไฟฟ้าในทางปฏิบัติ

การเชื่อมต่อแบบอิเล็กทรอนิกส์ที่มีอยู่ (สายทองแดง) เช่นประสบปัญหาการสูญเสียแบนด์วิธเนื่องจากข้อ จำกัด ด้านประสิทธิภาพขัดขวางกระบวนการประมวลผลข้อมูลเร่งด่วนที่จำเป็นสำหรับสตรีมมิ่งสื่อคอมพิวเตอร์คลาวด์และอินเทอร์เน็ตในสิ่งต่างๆ (IoT) ความต้องการที่เพิ่มมากขึ้นเพื่อควบคุมแสงและพัฒนาอุปกรณ์เชื่อมต่อออปติคัลที่มีประสิทธิภาพสูงขนาดกะทัดรัดและคุ้มค่าสำหรับแบนด์วิธที่สูงขึ้นและการสูญเสียที่ลดลง

ความพยายามในการวิจัยในอนาคตมีแนวโน้มที่จะเพิ่มผลที่สังเกตได้โดยใช้วิธีการต่างๆรวมถึงการรวมคลื่น / ใยแก้วนำแสงและตัวสะท้อนแสง นอกจากนี้ polaritons ต่างๆและ metamaterials photonic สามารถให้การเพิ่มประสิทธิภาพการแปลและการจัดการของ nonlinearities แสงในวัสดุ 2 มิติเพื่อสร้าง plasmons พื้นผิวและจัดการกับความท้าทายที่คาดหวังของ nanophotonics ไม่เชิงเส้นและการพัฒนาอุปกรณ์นาโนฟิสิกส์กับโซลูชั่นแสงขั้นสูง

ความรู้นี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้กับกระบวนการทางแสงแบบไม่เชิงเส้นอื่น ๆ ใน graphene รวมทั้งการสร้างฮาร์มอนิคระดับสูง เทคโนโลยีที่มีอยู่ในกลุ่มคริสตัลแบบดั้งเดิมมีข้อ จำกัด ด้านเทคนิคในการรับรู้ถึงการใช้งานทางด้านอิเล็กทรอนิคส์แบบ optoelectronic เนื่องจากมีความไวแสงต่ำและวิธีการที่ซับซ้อนและมีราคาแพงการประนอมและการรวมเข้าด้วยกัน ควรเพิ่มการปฏิสัมพันธ์ในเชิงแสงแบบไม่เชิงเส้นในวัสดุ 2 มิติควบคู่ไปกับการผลิตวัสดุ 2 มิติที่มีคุณภาพสูงและมีคุณภาพสูงเพื่อให้สามารถใช้วิธีการที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงสำหรับการก่อสร้างแท่นวางแบบปรับขนาดได้ด้วยระบบไฟฟ้า nanodevices ดังกล่าวอาจอำนวยความสะดวกในความก้าวหน้าที่เสนอในด้านมาตรวิทยาการตรวจจับการถ่ายภาพเทคโนโลยีควอนตัมและการสื่อสารโทรคมนาคม

menu
menu