Создан проводящий «оксид-хамелеон»

Коллектив физиков из США создал прозрачный проводящий оксидный материал, оптические свойства которого можно настраивать при помощи световых импульсов. Пленки с такими свойствами могут найти применение в нанофотонике и оптических методах передачи данных. Работа опубликована в Optica.

Авторы осаждали оксид цинка, допированный алюминием, на кремниевую подложку при помощи импульсной лазерной абляции. Процесс проводили в присутствии небольшого количества кислорода, который включался в полученный материал, таким образом повышая в нем количество потенциальных носителей (электронов и дырок). Готовая пленка имела толщину 350 нанометров.

При освещении полученного материала светом с длиной волны меньше 350 нанометров в нем повышается концентрация носителей, что приводит к изменению оптических свойств — отражения и пропускания. Ученые использовали свет с длиной волны 325 нанометров в качестве «регулирующего» и 1300 нанометров — в качестве «контрольного».

Оказалось, что в зависимости от интенсивности «регулирующего» излучения относительный коэффициент пропускания материала («степень прозрачности») изменялся на величину до 30 процентов, а относительный коэффициент отражения — до 40 процентов. При этом пленка демонстрировала рекордную скорость рекомбинации электронов и дырок для таких материалов: меньше одной пикосекунды.

Авторы использовали теоретическую модель Друде для вычисления концентрации носителей из экспериментальных данных. По словам ученых, эта величина оказалась сравнительно высокой, что и приводит к значительным изменениям в оптических свойства. При этом наличие в пленке большого числа дефектов резко увеличивает скорость рекомбинации электронов и дырок, что в итоге улучшает динамику такого материала.

Прозрачные проводящие оксиды часто используются при создании устройств вроде сенсорных экранов. Однако возможность «на ходу» изменять оптические свойства таких материалов широко востребовано в задачах нанофотоники, в частности — создании устройств передачи данных. До сих пор не удавалось создать материал, сочетающий в себе большой диапазон модуляции оптических свойств с быстрым откликом (малым времени рекомбинации). 

В новой работе удалось преодолеть это ограничение и подобрать свойства пленки так, чтобы ее можно было использовать в коммерческих оптоволоконных линиях. Другой ключевой особенностью материала стало то, что и «регулирующий» и «рабочий» сигналы являются световыми импульсами, поэтому для регулировки такого чипа может даже не понадобиться дополнительный электронный контур.