Optical resonators based on vanadium dioxide gradient films

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

The article presents experimental results of the synthesis and study of thin films of polycrystalline vanadium dioxide (VO2), as well as multilayer optoresonance structures based on them. The role of the influence of thermal annealing on the structural, electrical and optical properties of VO2 films is shown. Based on these films, photonic crystal heterostructures were fabricated, in which excitation of optical resonance modes of the Fabry–Perot type is observed. A study of the optical transmission of such a structure showed that the spectral position of the Fabry–Perot mode can be controlled by varying the thickness of the VO2 gradient optical layer. It is shown that the first-order semiconductor-metal phase transition, which occurs in VO2 films and is accompanied by a change in their electrical conductivity by 3–5 orders of magnitude, leads to a change in the optical parameters of both the films themselves and multilayer optoresonance structures.

全文:

受限制的访问

作者简介

A. Syrov

V. I. Vernadsky Crimean Federal University

编辑信件的主要联系方式.
Email: anatoly199824@rambler.ru
俄罗斯联邦, Simferopol

S. Lyashko

V. I. Vernadsky Crimean Federal University

Email: anatoly199824@rambler.ru
俄罗斯联邦, Simferopol

A. Kudryashov

V. I. Vernadsky Crimean Federal University

Email: anatoly199824@rambler.ru
俄罗斯联邦, Simferopol

I. Nauhatsky

V. I. Vernadsky Crimean Federal University

Email: anatoly199824@rambler.ru
俄罗斯联邦, Simferopol

V. Berzhansky

V. I. Vernadsky Crimean Federal University

Email: anatoly199824@rambler.ru
俄罗斯联邦, Simferopol

S. Tomilin

V. I. Vernadsky Crimean Federal University

Email: anatoly199824@rambler.ru
俄罗斯联邦, Simferopol

参考

  1. Силантьев А.В. Влияние деформации на энергетический спектр и оптические свойства фуллерена C20 в модели Хаббарда // ФММ. 2018. Т. 119. Вып. 6. С. 541–549.
  2. Махнев А.А., Номерованная Л.В. Анизотропия оптических свойств гексагональных манганитов RMnO3 (R = Ho, Er, Tm, Yb) // ФММ. 2013. Т. 114. Вып. 11. С. 988–996.
  3. Кодесс Б.Н., Сидоренко Ф.А. Анизотропия магнитной восприимчивости силицида V3Si // Физика металлов и металловедение. 2021. Т. 122. Вып. 4. С. 370–376.
  4. Старостенко С.Н., Розанов К.Н., Лагарьков А.Н. Электрические и магнитные свойства “модели смешения бинарных гетерогенных систем” // ФММ. 2021. Т. 122. Вып. 4. С. 347–369.
  5. Sangwook L., Kedar H., Fan Y., Jiawang H., Changhyun K., Joonki S., Kai L., Kevin W., Jeffrey U.J. Anomalously low electronic thermal conductivity in metallic vanadium dioxide // Science. 2017. V. 355. P. 371–374.
  6. Мутилин С.В., Гайдук А.Е., Яковкина Л.В., Комонов А.И., Соотс Р.А., Капогузов К.Е., Голод С.В., Принц В.Я. Электрические и оптические переключения в наноструктурах диоксида ванадия, декорированных наночастицами золота // Сибирский физич. журнал. 2023. Т. 18. Вып. 3. С. 71–82.
  7. Ilinskiy A.V., Nikulin E.I., Shadrin E.B. Comparative analysis of semiconductor-metal phase transition mechanisms in vanadium oxides (V2O3 and VO2) // Physics of Complex Systems. 2020. V. 1 (3). Р. 113–122.
  8. Неустроев И.Д., Легкова Т.К., Цымбалюк А.А., Комлев А.Е. Тонкие пленки диоксида ванадия для применения в СВЧ-ключах с электрическим управлением // Изв. вузов. Радиоэлектроника. 2023. T. 26. Вып. 3. С. 48–57.
  9. Кузьмин Д.А., Усик М.О., Бычков И.В., Вахитов М.Г., Клыгач Д.С. Отражение СВЧ-волн от слоя композита VO2–SiO2 в окрестности фазового перехода // Челябинский физико-математический журнал. 2023. T. 8. Вып. 2. С. 271–279.
  10. Cueff S., John J., Zhang Zh., Parra J., Sun J., Orobtchouk R., Ramanathan Sh., Sanchis P. VO2 nanophotonics // APL Photon. 2020. V. 5. P. 110901.
  11. Cakir M.C., Kocer H., Durna Y., Yildirim D.U., Ghobadi A., Hajian H., Aydin K., Kurt H., Saglam N., Ozbay E. Unveiling the optical parameters of vanadium dioxide in the phase transition region: a hybrid modeling approach // RSC Advances. 2020. V. 10. P. 29945.
  12. Grandi F., Amaricci A., Fabrizio M. Unraveling the Mott-Peierls intrigue in vanadium dioxide // Phys. Rev. Research. 2020. V. 2. P. 013298.
  13. Алиев Р.А., Андреев В.Н., Капралова В.М., Климов В.А., Соболев А.И., Шадрин Е.Б. Влияние размера зерен на фазовый переход металл–полупроводник в тонких поликристаллических пленках диоксида ванадия // ФТТ. 2006. Т. 48. Вып. 5. С. 874–879.
  14. Gnawali R., Haus J.W., Reshetnyak V., Banerjee P.P., Evans D.R. Optical properties of titanium dioxide — vanadium dioxide multilayer thin-film structures // IEEE Research and Applications of Photonics In Defense Conference. 2018. Р. 91–92.
  15. Певцов А.Б., Грудинкин С.А., Поддубный А.Н., Каплан С.Ф., Курдюков Д.А., Голубев В.Г. Переключение фотонной запрещенной зоны в трехмерных пленочных фотонных кристаллах на основе композитов опал − VO2 в спектральной области 1.3 − 1.6 мкм // Физика и техника полупроводников. 2010. Т. 44. Вып. 12. С. 1585–1590.
  16. Scotognella F. Vanadium oxide metal-insulator phase transition in different types of one-dimensional photonic microcavities // Front. Photonics. 2023. V. 4. Р. 1081521.
  17. Bruckner W., Opperman H., Reichelt W.F., Terukov E.I., Tschudnovskii F.A. Vanadium Dioxide. Berlin: Akademie-Verlag, 1994. V. 1983. 252 p.
  18. Ho D.J., Seob H.S., Hee K.K., Woo J.P., Hosun L. Electrical and optical properties of VO2 thin films grown on various sapphire substrates by using RF sputtering deposition // Journal of the Korean Physical Society. 2016. V. 69 (12). Р. 1787–1797.
  19. Tomilin S.V., Berzhansky V.N., Yanovsky A.S., Tomilina O.A. Features of the Electrical Conductivity of Fe, Ni, Ti, and Pt Nanoisland Films: Hysteresis and Ion-Field Processes // J. Surf. Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2016. V. 10 (4). P. 868.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Temperature hysteresis of electrical conductivity in a VO2 film with a thickness of 220 nm: a - after vacuum deposition, b - after crystallization annealing.

下载 (24KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Results of X-ray diffraction analysis of VO2 film on Al2O3 substrate (λ = 1.78897 Å, Kα1, Co anode).

下载 (32KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Transmission spectra of a thin VO2 film before annealing (solid line) and after annealing (dashed line).

下载 (2KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Temperature hysteresis loops of the electrical conductivity of the VO2 optical layer in different sections of the thickness gradient: a – h = 134 nm; b – h = 131 nm; c – h = 128 nm.

下载 (34KB)
索引源数据
6. Fig. 5. Transmission spectra of the photonic crystal structure with an optical defect GGG/[SiO2/TiO2]4/VO2/[TiO2/SiO2]4 at different stages of synthesis at room temperature: a — 4-pair Bragg mirror GGG/[SiO2/TiO2]4; b — structure with an optical layer GGG/[SiO2/TiO2]4/VO2; c — photonic crystal with an optical defect in different areas of the VO2 thickness gradient (the inset shows the area on an enlarged scale).

下载 (36KB)
索引源数据


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».