利用碲化鉍拓撲絕緣體納米薄膜，實現(xiàn)近紅外微納結(jié)構(gòu)光學共振腔

光學共振腔在光調(diào)控、光-物質(zhì)相互作用、光通信、光子集成等方面具有重要應用。如何實現(xiàn)超薄光學共振腔一直是研究者關(guān)注的熱點和難點問題。光學共振腔的尺寸主要取決于材料光學性質(zhì)和工作波長。作為新興信息材料，三維拓撲絕緣體 (TI）材料不僅擁有良好的電學特性，而且展現(xiàn)出優(yōu)異的光學特性，例如：高折射率、高非線性光學系數(shù)、寬工作譜范圍、易集成及可調(diào)諧等，在集成光電子、光子器件等方面具有重要應用前景。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近日，西北工業(yè)大學趙建林教授、陸華教授團隊開展了拓撲絕緣體材料光學共振及其耦合特性研究，利用制備的碲化鉍（Bi?Te?）拓撲絕緣體納米薄膜，獲得了近紅外波段超薄光學共振腔，并將其與光子晶體相集成，實現(xiàn)了光通信波段類電磁誘導透明效應的產(chǎn)生。

這項研究成果以“λ/20-Thick cavity for mimicking electromagnetically induced transparency at telecommunication wavelengths”為題發(fā)表在國際光學領(lǐng)域頂級期刊Advanced Photonics上。

Bi?Te?拓撲絕緣體在光通信波段具有大于6的超高折射率，其遠高于硅、鍺等傳統(tǒng)材料折射率（硅、鍺的折射率分別約為3.47、4.27 @ 1550 nm），研究團隊提出了利用Bi?Te?拓撲絕緣體實現(xiàn)超薄光學共振腔的新思路。他們采用磁控濺射技術(shù)制備出大面積、平坦的Bi?Te?薄膜，并將其與金屬薄膜有機結(jié)合，實現(xiàn)了超薄光學共振腔（波長的二十分之一）和高效的近紅外共振光吸收，如圖1所示。

圖1 超薄光學共振腔及其與光子晶體相集成的結(jié)構(gòu)和光譜響應

研究人員將Bi?Te?超薄光學腔與一維光子晶體相集成，觀測到了反常的類電磁誘導透明效應，并揭示了該效應的產(chǎn)生機理，如圖2和圖3所示。相關(guān)結(jié)果為超薄光學腔、微結(jié)構(gòu)光譜調(diào)控及光電功能器件的實現(xiàn)開辟了新途徑。

圖2 Bi?Te?拓撲絕緣體的材料特性和光學常數(shù)

圖3 與 拓撲絕緣體厚度有關(guān)的納米空腔共振和誘導透明度

這項研究第一作者為西北工業(yè)大學陸華教授，通訊作者為西北工業(yè)大學趙建林教授、陸華教授。陸華教授近年來圍繞微納光子學等領(lǐng)域開展了大量前沿研究工作，目前已在Light Sci. Appl.、Adv. Photon.、Laser Photon. Rev.等主流光學期刊上發(fā)表第一/通訊作者論文50余篇（SCI他引近3000次），近四年連續(xù)入選愛思唯爾中國高被引學者。這項工作為其近期的代表性成果之一。

論文鏈接：

http://dx.doi.org/10.1117/1.AP.6.3.036001