Material de cambio de fase de selenio elemental para fotónica escalable de pérdidas ultrabajas y programable.

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• La fotónica es la fotónica.
• La óptica es la óptica.

Sus antecedentes:

• Los materiales de cambio de fase de calogenuro (PCM) son cruciales para la óptica reconfigurable, permitiendo el control de la materia ligera no volátil.
• Los PCM complejos existentes se enfrentan a desafíos en la fabricación uniforme y la estabilidad de conmutación, a pesar de ofrecer modulación de baja pérdida en fase única.

Objetivo del estudio:

• Introducir un material de cambio de fase elemental y escalable para fotónica programable de alto rendimiento.
• Para demostrar el potencial de las películas delgadas de selenio (Se) en aplicaciones ópticas avanzadas.

Principales métodos:

• Fabricación de películas delgadas de selenio a escala de obleas (8 pulgadas).
• Caracterización de las propiedades ópticas, incluida la transparencia, la pérdida y la conmutación del índice de refracción (Δn).
• Evaluación de la estabilidad de conmutación durante un millón (10^6) de ciclos.
• Cálculos de los primeros principios para comprender el mecanismo de la conmutación del índice de refracción.
• Demostración de una plataforma reconfigurable con láser para la generación de imágenes y la conversión de haz.

Principales resultados:

• Se logró una uniformidad sin precedentes y una transparencia completa en el infrarrojo cercano con pérdidas ultrabajas en todo el espectro visible.
• Se ha demostrado una alta estabilidad de conmutación, manteniendo 10^6 ciclos reversibles sin degradación.
• Se observó una conmutación del índice de refracción gigante (Δn ≈ 0.6) atribuida a la dinámica de la cadena helicoidal Se.
• Implementó con éxito una plataforma fabricable y libre de grabado para funciones ópticas dinámicas.

Conclusiones:

• Las películas delgadas de selenio elemental ofrecen una alternativa prometedora y escalable a los PCM complejos para la fotónica reconfigurable.
• Las propiedades únicas de Se permiten un nuevo paradigma para dispositivos fotónicos programables de alto rendimiento y grado de dispositivo.
• Este enfoque elemental armoniza la simplicidad atómica con la escalabilidad del dispositivo para aplicaciones ópticas avanzadas.