上海光機(jī)所在過(guò)渡金屬摻雜CdO薄膜調(diào)控ENZ非線性光學(xué)研究方面取得進(jìn)展

近日，中科院上海光機(jī)所高功率激光元件技術(shù)與工程部薄膜光學(xué)研發(fā)中心研究團(tuán)隊(duì)在過(guò)渡金屬M(fèi)o摻雜CdO薄膜（MoxCd1-xO）調(diào)控ENZ非線性光學(xué)性能方面取得的新進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Tailoring epsilon-near-zero wavelength and nonlinear absorption properties of CdO thin films by Mo doping”為題發(fā)表于Applied Physics Letters。

CdO作為n型半導(dǎo)體具備其極高的載流子遷移率、低電阻率以及在可見(jiàn)光到近紅外光譜區(qū)域的高透明度，并且光子學(xué)領(lǐng)域受到廣泛研究與應(yīng)用。然而，CdO的ENZ波長(zhǎng)位于中紅外波段，在近紅外領(lǐng)域的潛在應(yīng)用仍有待探索。此外，CdO具有大的靜態(tài)介電常數(shù)，有效減少了電子散射，可以通過(guò)各種金屬摻雜劑對(duì)CdO光電性能進(jìn)行調(diào)控，即使在高摻雜濃度下也具有高電子遷移率。CdO的卓越電子遷移率和可調(diào)諧光電性質(zhì)確保了其低光學(xué)損耗和應(yīng)用潛力。但是，關(guān)于摻雜調(diào)控CdO薄膜在近紅外波段ENZ非線性光學(xué)響應(yīng)缺乏進(jìn)一步的研究，限制了其在基于ENZ效應(yīng)光電器件的應(yīng)用。

本研究通過(guò)過(guò)渡金屬M(fèi)o摻雜調(diào)控CdO薄膜的光電性能及ENZ非線性。結(jié)果表明，隨著摻雜濃度x的增加，載流子濃度和光學(xué)帶隙隨之增加，ENZ波長(zhǎng)從中紅外波段2.89μm藍(lán)移至在近紅外通信波長(zhǎng)1.55μm附近。此外，在正入射情況下，隨著摻雜濃度x增加，非線性響應(yīng)由反飽和吸收轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡臀�收，非線性吸收（NLA）系數(shù)β在1550 nm處從13 cm/GW變?yōu)?amp;#8722;72 cm/GW。由于ENZ區(qū)域內(nèi)的增強(qiáng)機(jī)制，非線性吸收系數(shù)β在入射角為60°時(shí)進(jìn)一步增加到−378 cm/GW。該研究利用摻雜手段對(duì)CdO薄膜的光電性能和ENZ非線性響應(yīng)實(shí)現(xiàn)了有效調(diào)控，并且為CdO在近紅外區(qū)域的光電器件和納米光子學(xué)應(yīng)用提供了理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

圖1. MoxCd1-xO薄膜電學(xué)性能

圖2. （a）MoxCd1-xO薄膜介電常數(shù)色散曲線；（b）MoxCd1-xO薄膜非線性吸收測(cè)試結(jié)果。

該工作獲得了中國(guó)科學(xué)院特別研究助理資助項(xiàng)目、上海市科委港澳臺(tái)合作計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院國(guó)際合作局對(duì)外合作重點(diǎn)項(xiàng)目的支持。

相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1063/5.0205808