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美海军实验室提高了纳米光子器件的光学效率
2018-01-09

[据固态电子技术网站201815日报道由美国海军研究实验室(NRL)领导的研究组研发出改善六方氮化硼器件的光学损耗特性和传输效率的方法,可实现非常小的激光器和纳米级光学器件。

NRL电子科学与技术部研究物理学家Alexander J. Giles博士说:“这项研究的应用范围相当广泛。通过将光限制在非常小的尺寸,纳米光电器件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(h-BN)由硼和氮原子组成的原子级薄晶格组成。最新研究证明,该材料是一种可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衬底材料。

虽然以前的研究表明,天然h-BN可用于与深度次衍射双曲线声子极化相关的应用,如次衍射光学成像、能量转换、化学传感和量子纳米光子学,但有限的传输效率限制了其进一步发展。

Giles说:“我们已经证明,可以通过在极性半导体和介电材料中精心设计同位素来克服纳米光子学固有的效率限制。”

天然硼由两个同位素组成,即硼-10和硼-11,原子量差别达到10%。这种差异导致声子散射,并造成大量光学损耗,限制了该材料的潜在应用。 NRL的研究小组设计了同位素纯度超过99%的h-BN样品,意味着新材料几乎完全由硼-10或硼-11组成。

这种方法使光学损耗显着降低,导致新的光学模式,使光线行进距离增长三倍,并且持续时间比天然h-BN长三倍。这些长寿命的振动模式不仅能使hBN立即实现某些功能——如近场光学和化学传感——而且为其他材料系统开发和利用提供了一种战略方法。

Giles说:“在纳米尺度、次级衍射尺寸控制和操纵光线是非常困难和低效的,我们的研究代表了下一代材料和设备的新发展方向。”(工业和信息化部电子第一研究所  张慧)

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