美國加州大學(xué)制備出無(wú)損超材料可以使激光更高效
2018-6-22 10:18:38??????點(diǎn)擊：
美國加州大學(xué)圣地亞哥分校（UCSD）工程師開(kāi)發(fā)了一種材料，可以減少光子器件中的信號損失。該成果有可能提高各種基于光技術(shù)器件（包括光纖通信系統、激光器和光伏電池）的效率。工程師說(shuō)，這個(gè)發(fā)現解決了光子學(xué)領(lǐng)域最大的挑戰之一：盡量減少器件中稱(chēng)為等離子體超材料的光學(xué)（光基）信號損失。
等離子體超材料是納米級工程化的材料，以不尋常的方式控制光。它們可用于開(kāi)發(fā)從隱形斗篷到量子計算機等不同種類(lèi)的器件。但是，超材料通常含有金屬，因此會(huì )將從光吸收能量轉化為熱。最終結果使一部分光信號被浪費，降低了器件效率。
在自然通信期刊最近發(fā)表的一項研究中，UCSD雅各布工程學(xué)院的電氣工程教授Shaya Fainman領(lǐng)導的一個(gè)光子學(xué)研究團隊展示了一種彌補這些損失的方法，將超材料并入到半導體中。
Fainman研究團隊中的電氣工程博士后學(xué)者及本研究的第一作者Joseph Smalley說(shuō)：“我們用半導體的增益抵消金屬帶來(lái)的損耗，理論上這種組合可能導致信號的零凈吸收——一種‘無(wú)損’超材料?！?/span>
在他們的實(shí)驗中，研究人員將紅外激光照射到超材料上。他們發(fā)現，根據光的偏振方式 ——哪個(gè)平面或方向（上下和左右）的所有光波被設置為振動(dòng)——超材料反射或發(fā)射光。
“這是第一種同時(shí)作為金屬和半導體的材料。如果光是一種偏振光，超材料會(huì )像金屬一樣反射光，當光以另一種方式偏振時(shí)，超材料會(huì )像半導體一樣吸收光并發(fā)射出不同顏色的光?！盨malley說(shuō)。
研究人員通過(guò)首先在襯底上生長(cháng)稱(chēng)為磷化銦鎵砷的半導體材料晶體來(lái)創(chuàng )建新的超材料。然后，使用來(lái)自等離子體的高能離子在半導體中蝕刻窄溝槽，形成間隔40nm、寬40nm的半導體陣列。最后，用銀填充溝槽以產(chǎn)生半導體與銀交替的納米條紋的圖案。
“這是制造這種超材料的一種獨特方法?！盨malley說(shuō)。具有不同層的納米結構通常通過(guò)將每個(gè)層彼此分開(kāi)地沉積而制成，“像桌子上的一疊紙?！盨malley解釋說(shuō)。但在本研究中使用的半導體材料（銦鎵砷化物）不能只在任何襯底（如銀）的頂部生長(cháng)，否則會(huì )有缺陷。 “我們沒(méi)有創(chuàng )建交替層的堆疊結構，而是想出了一種并排排列材料的方法，像文件柜中的文件夾，保持半導體材料無(wú)缺陷?！?/span>
下一步，團隊計劃研究這個(gè)超材料及其變體可在多大程度上改善目前光子應用中的信號損失。
來(lái)源：國防科技信息網(wǎng)
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