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Dec 30, 2023

Controle não linear de comprimento de onda comutável

Relatórios Científicos volume 12,

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 10715 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Com base na teoria da matriz de transferência, percebo uma absorção seletiva de comprimento de onda quase perfeita de ondas de infravermelho próximo em um cristal fotônico defeituoso unidimensional, \((AB)^ND(BA)^M\), contendo um dióxido de vanádio ( VO\(_2\)) camada de transição de fase como um defeito. Em primeiro lugar, o efeito dos números de período, N e M, no espectro de absorção é estudado para atingir um pico de absorção perfeito. É mostrado que os números de período ótimos da estrutura para maximizar o pico de absorção são N = 7 e M = 16. Nossos resultados também indicam que uma absorção quase perfeita de banda estreita é alcançada devido à simetria da estrutura em relação ao VO \(_2\). Além disso, a quantidade de absorção da estrutura considerada é cerca de 50 vezes maior do que a de um VO\(_2\) independente. Além disso, o valor do pico de absorção e o comprimento de onda ressonante podem ser ajustados continuamente enquanto o VO\(_2\) transita do semicondutor para a fase metálica a uma temperatura de 340 K. Além disso, é discutido como diferentes parâmetros, como a polarização e o ângulo de incidência, afetam o espectro de absorção. Finalmente, os espectros de absorção não linear da estrutura são demonstrados graficamente ao lado do caso linear. O sistema atual pode ser aplicado no projeto de dispositivos ópticos sintonizáveis ​​práticos, como sensores de infravermelho, limitadores e interruptores.

Como a busca por sistemas ópticos ativos desperta um interesse crescente, substâncias com características de controle dinâmico peculiares e exploráveis ​​tornaram-se primordiais para permitir novos desenvolvimentos em aplicações práticas, incluindo sensores microfluídicos, dispositivos ópticos de comutação, emissores térmicos, filtros e moduladores1,2,3, 4,5,6,7,8,9. De particular interesse crescente é o estudo do comportamento de absorção nas comunidades de ciência e engenharia devido ao seu potencial sem precedentes para a realização de dispositivos integrados personalizáveis10,11,12. Então, procurar materiais ópticos apropriados com parâmetros controláveis ​​externamente é um dos principais desafios da tecnologia moderna, uma vez que uma infinidade de aplicações é impedida devido à falta de ajustabilidade. Assim, a sintonização da interação radiação eletromagnética-matéria é altamente desejável para muitas aplicações que dependem da variação adequada de suas características por meio de fatores externos específicos. O controle dinâmico pode ser realizado pela integração correta dos designs predominantes com meios ativos, como cristais líquidos, grafeno e materiais de transição de fase (PTMs)13,14,15,16,17,18. Até onde sabemos, os PTMs podem vencer esta competição devido a fornecer recursos amplamente ajustáveis ​​em armazenamento de dados, sensores, aplicações termocrômicas, interruptores ópticos, polarizadores e absorvedores, uma vez que alternam reversivelmente entre dois estados diferentes em resposta a estímulos externos pela aplicação de um excitação elétrica, óptica ou térmica19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29. Entre os PTMs funcionais, o dióxido de vanádio (VO\(_2\)) como um material de transição semicondutor para metal (SMT) de primeira ordem tem atraído considerável atenção devido às suas notáveis ​​propriedades elétricas e ópticas. VO\(_2\), descoberto pela primeira vez por Morin30, experimenta o SMT na temperatura crítica de T = 340 K, abaixo da qual é um semicondutor ou um metal isotrópico caso contrário, sob uma variedade de estímulos, como temperatura, estresse e magnetismo ou campo elétrico31,32,33. O VO\(_2\) é uma escolha promissora para aplicações em dispositivos termorresponsivos, pois sua transição reversível do estado semicondutor para o estado metálico leva a uma mudança significativa de sua condutividade e constante óptica no aumento do calor do processo34. O SMT do VO\(_2\) é acompanhado por um aumento marcante da absorção do infravermelho (IR)35. Particularmente, a transmissão IR e a reflexão são dramaticamente afetadas pela mudança de temperatura, enquanto a transmissão da luz visível é quase invariável durante o processo de transição36. Então, com base nessas propriedades, VO\(_2\) tem sido amplamente utilizado no desenvolvimento de dispositivos fotônicos ativos e sintonizáveis ​​como absorvedores seletivos e emissores térmicos4,37,38,39.