_ Terahertzi de înaltă performanță modulatorii induși de câmpul substratului în heterojuncții all-2D bazate pe Te

Modulatorii activi de înaltă performanță teraherți (THz) sunt de mare importanță pentru tehnologia de comunicare de generație următoare. Cu toate acestea, în prezent suferă de compromisul dintre adâncimea și viteză de modulare.

Materiale bidimensionale (2D) cu proprietăți fizice unice, cum ar fi interacțiuni puternice lumină-materie, profil subțire atomic și recombinare rapidă a purtătorului, ar putea oferă o platformă intrigantă pentru investigarea dispozitivelor optoelectronice în fizica fundamentală. Prin urmare, este urgent să găsim materiale 2D favorabile care sporesc performanța dispozitivului.

Telurul 2D mono-elemental emergent (Te) este o nouă opțiune intrigantă. Acest material, cu o structură unică de lanț elicoidal, are caracteristici promițătoare, cum ar fi o bandă interzisă dependentă de strat, o mobilitate extraordinar de mare a purtătorului, un răspuns optic puternic și o bună stabilitate a aerului.

Într-o nouă lucrare publicată. în Light: Science & Application, o echipă de oameni de știință, condusă de profesorul Qingli Zhou de la Key Laboratory of Terahertz Optoelectronics, Ministerul Educației și Beijing Advanced Inovation Center for Imaging Theory and Technology, Departamentul de Fizică, Capital Normal University, Beijing National Laboratory pentru Fizica Materiei Condensate, Institutul de Fizică, Academia Chineză de Științe, China și colegii de muncă au dezvoltat modulatoare THz bazate pe Te pentru a promova cu succes performanța dispozitivului la nivelurile optime și aplicabile printre modulatoarele de bandă largă 2D existente.

Cercetătorii au descoperit că nanofilmele Te pot atinge o adâncime mare de modulare pe o scară de timp în picosecunde și arată un răspuns ultrasensibil la excitația scăzută a pompei. Combinat cu designul heterostructurii 2D și ingineria substratului, optimizarea parametrilor dispozitivului poate fi realizată. Prin urmare, heterojoncțiunea lor fabricată cu ordinea de stivuire a Ge/Te prezintă adâncimea de modulare ultra-înaltă și durata de viață scurtă a purtătorului, însoțită de proprietățile de pierdere scăzută și lățime de bandă largă.

Alte experimente cu fotorăspuns prezintă efectul de rectificare evident în Ge/Te datorită barierei de interfață. Pentru a explora impactul semnificativ observat al ordinii de stivuire, echipa a calculat direcția câmpului electric indus de substrat și a descoperit mecanismul său neobișnuit de interacțiune în dinamica purtătorului fotoexcitat asociată cu transferul de sarcină și recombinarea excitonului interstrat.

Rezultatele lor ar putea oferi o înțelegere mai cuprinzătoare asupra mecanismului intern al transferului de încărcare ultrarapidă și al dinamicii excitonilor în heterostructurile 2D, să ghideze proiectarea heterointerfețelor și să imagineze o nouă clasă de pierderi de inserție reduse, eficiente din punct de vedere energetic, de mare viteză și Dispozitive fotonice THz reglabile în bandă largă.

Modulatorii THz de înaltă performanță sunt centrați în jurul nanofilmului Te și a heterojoncțiilor sale pentru a rezolva problema compromisului dintre adâncimea și viteza de modulație. În plus, ei au descoperit că ordinea de stivuire a materialelor are o influență evidentă asupra proprietății de modulare. Calculul și analiza clarifică faptul că câmpul efectiv al substratului proiectează structura de bandă a interfeței eterogene prin ordinea de stivuire și astfel pot fi reglate comportamentele tranzitorii optice.

„Introducem nanofilme 2D Te cu Structura unică ca o nouă clasă de modulatoare THz controlate optic și demonstrează că heterojoncțiunile lor integrate pot îmbunătăți cu succes performanța dispozitivului la nivelurile optime și aplicabile printre modulatoarele de bandă largă 2D existente.

„Măsurătorile ulterioare de fotorăspuns confirmă impactul semnificativ al ordinii de stivuire. Mai întâi clarificăm direcția câmpului electric indus de substrat prin calcule de prim-principii și descoperim mecanismul de interacțiune neobișnuit în dinamica purtătorului fotoexcitat asociat cu transferul de sarcină și recombinarea excitonilor interstrat.

"Rezultatele noastre obținute arată că heterojuncțiile vdW all-2D bazate pe Te cu ingineria substratului pot îmbunătăți performanța dispozitivului în mod remarcabil și pot deschide o nouă idee pentru proiectare, optimizare , și aplicarea modulatorilor THz foarte eficienți controlați optic", declară cercetătorii.

"Considerăm că rezultatele acestei lucrări nu numai că sunt de mare interes la un nivel fundamental, dar oferă și îndrumări pentru viitor. proiectarea și dezvoltarea de modulatoare THz de înaltă performanță bazate pe nanomateriale funcționale”, au spus oamenii de știință.

(Fluierul)