অপটিক্যাল কমিউনিকেশন ব্যান্ড, অতি-পাতলা অপটিক্যাল রেজোনেটর

অপটিক্যাল কমিউনিকেশন ব্যান্ড, অতি-পাতলা অপটিক্যাল রেজোনেটর
অপটিক্যাল রেজোনেটর আলোক তরঙ্গের নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যকে একটি সীমিত স্থানে আবদ্ধ করতে পারে এবং আলো-পদার্থের মিথস্ক্রিয়ায় এর গুরুত্বপূর্ণ প্রয়োগ রয়েছে।অপটিক্যাল যোগাযোগঅপটিক্যাল সেন্সিং এবং অপটিক্যাল ইন্টিগ্রেশন। রেজোনেটরের আকার মূলত উপাদানের বৈশিষ্ট্য এবং কার্যকারী তরঙ্গদৈর্ঘ্যের উপর নির্ভর করে, উদাহরণস্বরূপ, নিয়ার ইনফ্রারেড ব্যান্ডে কাজ করা সিলিকন রেজোনেটরগুলির জন্য সাধারণত কয়েকশ ন্যানোমিটার বা তার বেশি আকারের অপটিক্যাল কাঠামোর প্রয়োজন হয়। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, স্ট্রাকচারাল কালার, হলোগ্রাফিক ইমেজিং, লাইট ফিল্ড রেগুলেশন এবং অপটোইলেকট্রনিক ডিভাইসে তাদের সম্ভাব্য প্রয়োগের কারণে অতি-পাতলা প্ল্যানার অপটিক্যাল রেজোনেটরগুলি ব্যাপক মনোযোগ আকর্ষণ করেছে। প্ল্যানার রেজোনেটরের পুরুত্ব কীভাবে কমানো যায় তা গবেষকদের মুখোমুখি হওয়া কঠিন সমস্যাগুলির মধ্যে একটি।
প্রচলিত সেমিকন্ডাক্টর পদার্থ থেকে ভিন্ন, 3D টপোলজিক্যাল ইনসুলেটর (যেমন বিসমাথ টেলুরাইড, অ্যান্টিমনি টেলুরাইড, বিসমাথ সেলেনাইড, ইত্যাদি) হলো টপোলজিক্যালি সুরক্ষিত ধাতব পৃষ্ঠ অবস্থা এবং ইনসুলেটর অবস্থা সম্পন্ন নতুন তথ্য পদার্থ। পৃষ্ঠ অবস্থাটি সময়-বিপরীত প্রতিসাম্য দ্বারা সুরক্ষিত থাকে এবং এর ইলেকট্রনগুলো অ-চৌম্বকীয় অপদ্রব্য দ্বারা বিক্ষিপ্ত হয় না, যা স্বল্প-শক্তির কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এবং স্পিনট্রনিক ডিভাইসে এর গুরুত্বপূর্ণ প্রয়োগ সম্ভাবনা তৈরি করে। একই সাথে, টপোলজিক্যাল ইনসুলেটর পদার্থগুলো উচ্চ প্রতিসরাঙ্ক এবং বৃহৎ অরৈখিকতার মতো চমৎকার আলোকীয় বৈশিষ্ট্যও প্রদর্শন করে।অপটিক্যালসহগ, বিস্তৃত কার্যকরী বর্ণালী পরিসর, টিউনিবিলিটি, সহজ ইন্টিগ্রেশন ইত্যাদি, যা আলোক নিয়ন্ত্রণ বাস্তবায়নের জন্য একটি নতুন প্ল্যাটফর্ম প্রদান করে এবংঅপটোইলেকট্রনিক ডিভাইস.
চীনের একটি গবেষক দল বৃহৎ পরিসরে বর্ধিত বিসমাথ টেলুরাইড টপোলজিক্যাল ইনসুলেটর ন্যানোফিল্ম ব্যবহার করে অতি-পাতলা অপটিক্যাল রেজোনেটর তৈরির একটি পদ্ধতি প্রস্তাব করেছে। এই অপটিক্যাল ক্যাভিটি নিয়ার ইনফ্রারেড ব্যান্ডে সুস্পষ্ট রেজোন্যান্স শোষণ বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে। অপটিক্যাল কমিউনিকেশন ব্যান্ডে বিসমাথ টেলুরাইডের প্রতিসরাঙ্ক ৬-এর বেশি (যা সিলিকন এবং জার্মেনিয়ামের মতো প্রচলিত উচ্চ প্রতিসরাঙ্কের পদার্থের প্রতিসরাঙ্কের চেয়েও বেশি), ফলে অপটিক্যাল ক্যাভিটির পুরুত্ব রেজোন্যান্স তরঙ্গদৈর্ঘ্যের এক-বিশ ভাগের সমান হতে পারে। একই সাথে, অপটিক্যাল রেজোনেটরটি একটি একমাত্রিক ফোটোনিক ক্রিস্টালের উপর স্থাপন করা হয় এবং অপটিক্যাল কমিউনিকেশন ব্যান্ডে একটি অভিনব ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক্যালি ইন্ডুসড ট্রান্সপারেন্সি এফেক্ট পরিলক্ষিত হয়, যা রেজোনেটরের সাথে ট্যাম প্লাজমনের কাপলিং এবং এর ধ্বংসাত্মক ইন্টারফেরেন্সের কারণে ঘটে। এই প্রভাবের স্পেকট্রাল রেসপন্স অপটিক্যাল রেজোনেটরের পুরুত্বের উপর নির্ভর করে এবং পারিপার্শ্বিক প্রতিসরাঙ্কের পরিবর্তনের ক্ষেত্রে স্থিতিশীল থাকে। এই কাজটি অতি-পাতলা অপটিক্যাল ক্যাভিটি, টপোলজিক্যাল ইনসুলেটর উপাদানের বর্ণালী নিয়ন্ত্রণ এবং অপটোইলেকট্রনিক ডিভাইস বাস্তবায়নের জন্য একটি নতুন পথ খুলে দেয়।
চিত্র ১ক এবং ১খ-তে যেমন দেখানো হয়েছে, অপটিক্যাল রেজোনেটরটি প্রধানত একটি বিসমাথ টেলুরাইড টপোলজিক্যাল ইনসুলেটর এবং সিলভার ন্যানোফিল্ম দ্বারা গঠিত। ম্যাগনেট্রন স্পাটারিং দ্বারা প্রস্তুত বিসমাথ টেলুরাইড ন্যানোফিল্মগুলির ক্ষেত্রফল বড় এবং সমতলতা ভালো। যখন বিসমাথ টেলুরাইড এবং সিলভার ফিল্মের পুরুত্ব যথাক্রমে ৪২ ন্যানোমিটার এবং ৩০ ন্যানোমিটার হয়, তখন অপটিক্যাল ক্যাভিটিটি ১১০০~১৮০০ ন্যানোমিটার ব্যান্ডে শক্তিশালী রেজোন্যান্স শোষণ প্রদর্শন করে (চিত্র ১গ)। যখন গবেষকরা এই অপটিক্যাল ক্যাভিটিটিকে Ta2O5 (১৮২ ন্যানোমিটার) এবং SiO2 (২৬০ ন্যানোমিটার) স্তরের পর্যায়ক্রমিক স্ট্যাক দ্বারা গঠিত একটি ফোটোনিক ক্রিস্টালের উপর সংযুক্ত করেন (চিত্র ১ঙ), তখন মূল রেজোন্যান্স শোষণ শিখরের (~১৫৫০ ন্যানোমিটার) কাছে একটি স্বতন্ত্র শোষণ উপত্যকা (চিত্র ১চ) আবির্ভূত হয়, যা পারমাণবিক সিস্টেম দ্বারা উৎপাদিত ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক্যালি ইন্ডুসড ট্রান্সপারেন্সি এফেক্টের অনুরূপ।

ট্রান্সমিশন ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি এবং এলিপসোমেট্রির মাধ্যমে বিসমাথ টেলুরাইড উপাদানটির বৈশিষ্ট্য নিরূপণ করা হয়েছিল। চিত্র ২ক-২গ-তে বিসমাথ টেলুরাইড ন্যানোফিল্মের ট্রান্সমিশন ইলেকট্রন মাইক্রোগ্রাফ (উচ্চ-রেজোলিউশন চিত্র) এবং নির্বাচিত ইলেকট্রন ডিফ্র্যাকশন প্যাটার্ন দেখানো হয়েছে। চিত্র থেকে দেখা যায় যে, প্রস্তুতকৃত বিসমাথ টেলুরাইড ন্যানোফিল্মগুলো হলো পলিক্রিস্টালাইন উপাদান, এবং এর প্রধান বৃদ্ধির অভিমুখ হলো (015) ক্রিস্টাল প্লেন। চিত্র ২ঘ-২চ-তে এলিপসোমিটার দ্বারা পরিমাপকৃত বিসমাথ টেলুরাইডের জটিল প্রতিসরাঙ্ক এবং এর ফিটকৃত পৃষ্ঠ অবস্থা ও অবস্থা-ভিত্তিক জটিল প্রতিসরাঙ্ক দেখানো হয়েছে। ফলাফল থেকে দেখা যায় যে, ২৩০~১৯৩০ ন্যানোমিটার পরিসরে পৃষ্ঠ অবস্থার বিলোপ গুণাঙ্ক প্রতিসরাঙ্কের চেয়ে বেশি, যা ধাতুসদৃশ বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে। যখন তরঙ্গদৈর্ঘ্য ১৩৮৫ ন্যানোমিটারের বেশি হয়, তখন বস্তুটির প্রতিসরাঙ্ক ৬-এর বেশি হয়, যা এই ব্যান্ডে সিলিকন, জার্মেনিয়াম এবং অন্যান্য প্রচলিত উচ্চ-প্রতিসরাঙ্কের উপাদানগুলোর তুলনায় অনেক বেশি। এটি অতি-পাতলা অপটিক্যাল রেজোনেটর তৈরির ভিত্তি স্থাপন করে। গবেষকরা উল্লেখ করেছেন যে, অপটিক্যাল কমিউনিকেশন ব্যান্ডে মাত্র কয়েক দশ ন্যানোমিটার পুরুত্বের একটি টপোলজিক্যাল ইনসুলেটর প্ল্যানার অপটিক্যাল ক্যাভিটির এটিই প্রথম বাস্তবায়িত রূপায়ণ। পরবর্তীতে, বিসমাথ টেলুরাইডের পুরুত্বের সাথে অতি-পাতলা অপটিক্যাল ক্যাভিটির শোষণ বর্ণালী এবং অনুরণন তরঙ্গদৈর্ঘ্য পরিমাপ করা হয়। পরিশেষে, বিসমাথ টেলুরাইড ন্যানোক্যাভিটি/ফোটোনিক ক্রিস্টাল কাঠামোতে তড়িৎচুম্বকীয়ভাবে প্ররোচিত স্বচ্ছতা বর্ণালীর উপর সিলভার ফিল্মের পুরুত্বের প্রভাব অনুসন্ধান করা হয়।

বিসমাথ টেলুরাইড টপোলজিক্যাল ইনসুলেটরের বৃহৎ ক্ষেত্রফলবিশিষ্ট সমতল পাতলা ফিল্ম প্রস্তুত করে এবং নিয়ার ইনফ্রারেড ব্যান্ডে বিসমাথ টেলুরাইড পদার্থের অতি-উচ্চ প্রতিসরাঙ্কের সুবিধা নিয়ে, মাত্র কয়েক দশ ন্যানোমিটার পুরুত্বের একটি সমতল অপটিক্যাল ক্যাভিটি তৈরি করা হয়েছে। এই অতি-পাতলা অপটিক্যাল ক্যাভিটি নিয়ার ইনফ্রারেড ব্যান্ডে কার্যকর অনুনাদী আলো শোষণ করতে পারে এবং অপটিক্যাল কমিউনিকেশন ব্যান্ডে অপটোইলেকট্রনিক ডিভাইসের উন্নয়নে এর গুরুত্বপূর্ণ প্রয়োগ মূল্য রয়েছে। বিসমাথ টেলুরাইড অপটিক্যাল ক্যাভিটির পুরুত্ব অনুনাদী তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সাথে রৈখিকভাবে সম্পর্কিত এবং এটি একই ধরনের সিলিকন ও জার্মেনিয়াম অপটিক্যাল ক্যাভিটির চেয়ে ছোট। একই সাথে, পারমাণবিক সিস্টেমের ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক্যালি ইন্ডুসড ট্রান্সপারেন্সির (ইএমআই) অনুরূপ অস্বাভাবিক অপটিক্যাল প্রভাব অর্জনের জন্য বিসমাথ টেলুরাইড অপটিক্যাল ক্যাভিটিকে ফোটোনিক ক্রিস্টালের সাথে একীভূত করা হয়েছে, যা মাইক্রোস্ট্রাকচারের বর্ণালী নিয়ন্ত্রণের জন্য একটি নতুন পদ্ধতি প্রদান করে। এই গবেষণাটি আলোক নিয়ন্ত্রণ এবং অপটিক্যাল কার্যকরী ডিভাইসে টপোলজিক্যাল ইনসুলেটর পদার্থের গবেষণাকে এগিয়ে নিতে একটি নির্দিষ্ট ভূমিকা পালন করে।