Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году

Моделирование ячеек адаптивного фазосдвигающего фильтра с оптическим управлением на основе многослойных структур фазоизменяемых материалов

А.В. Киселев, В.А. Михалевский, А.А. Невзоров, А.А. Бурцев, В.В. Ионин, Н.Н. Елисеев, А.А. Лотин

ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.651

Краткое сообщение

Аннотация: В статье представлены результаты моделирования исследований фазового сдвига проходящего оптического пучка, обусловленного формированием слоистой структуры в элементарной управляемой ячейке из фазоизменяемого материала Ge2Sb2Te5, подвергнутой управляющему воздействию импульсного лазерного излучения короткой и ультракороткой длительности. На основе термокинетического подхода анализируется кристаллизация тонкой пленки Ge2Sb2Te5, учитываются кинетические свойства материала, энергия и длительность воздействующего лазерногоизлучения, аморфизация верхних слоев пленки при быстром нагреве и зависимость кинетических свойств от температуры. Для каждого воздействующего импульсного излучения построены графики толщины кристаллического слоя в материале пленки. На основе данных о расположении кристаллического слоя рассчитывается фазовый сдвиг проходящего оптического излучения. На основе данных моделирования исследованной элементарной ячейки можно построить фазовый вращатель для преобразования оптического пучка произвольной апертуры. Предложенный метод управления фронтом оптического пучка за счет изменения структурного состояния тонкой пленки может оказаться весьма перспективным, если требуется точная и быстрая перестройка оптической фазовой прозрачности.

Ключевые слова: фазовая модуляция, оптический фильтр, халькогениды, фазоизменяемые материалы, тонкие пленки, кристаллизация

  • Киселев Алексей Владимирович – научный сотрудник, ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»
  • Михалевский Владимир Александрович – научный сотрудник, ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»
  • Невзоров Алексей Алексеевич – к.ф.-м.н., научный сотрудник, ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»
  • Бурцев Антон Андреевич – научный сотрудник, ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»
  • Ионин Виталий Вячеславович – научный сотрудник, ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»
  • Елисеев Николай Николаевич – младший научный сотрудник, ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»
  • Лотин Андрей Анатольевич – к.ф.-м.н., заместитель руководителя отделения, ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Ссылка на статью:

Киселев, А.В. Моделирование ячеек адаптивного фазосдвигающего фильтра с оптическим управлением на основе многослойных структур фазоизменяемых материалов / А.В. Киселев, В.А. Михалевский, А.А. Невзоров, А.А. Бурцев, В.В. Ионин, Н.Н. Елисеев, А.А. Лотин // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2024. — Вып. 16. — С. 651-657. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.651.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Phase change materials: science and applications / ed. by S. Raoux, M. Wutting. – New York: Springer Science+Business Media, LLC, 2009. – 450 p. DOI: 10.1007/978-0-387-84874-7.
2. Abdollahramezani, S. Tunable nanophotonics enabled by chalcogenide phase-change materials / S. Abdollahramezani, O. Hemmatyar, H. Taghinejad et al.// Nanophotonics. – 2020. – V. 9. – I. 5. – P. 1189-1241. DOI: 10.1515/nanoph-2020-0039.
3. Sarwat, S.G. Materials science and engineering of phase change random access memory / S.G. Sarwat // Materials Science and Technology. – 2017. – V. 33. – I. 16. – P. 1890-1906. DOI: 10.1080/02670836.2017.1341723.
4. Wuttig, M. The science and technology of phase change materials / M. Wuttig, S. Raoux // Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. – 2012. – V. 638. – I. 15. – P. 2455-2465. DOI: 10.1002/zaac.201200448.
5. Lian, C. Photonic (computational) memories: tunable nanophotonics for data storage and computing / C. Lian, C. Vagionas, T. Alexoudi et. al. // Nanophotonics. – 2022. – V. 11. – I. 17. – P. 3823-3854. DOI: 10.1515/nanoph-2022-0089.
6. Zhang, W. Designing crystallization in phase-change materials for universal memory and neuro-inspired computing/ W. Zhang, R. Mazzarello, M. Wuttig, E. Ma // Nature Reviews Materials. – 2019. – V. 4. – I. 3. – P. 150-168. DOI: 10.1038/s41578-018-0076-x.
7. Kolobov, A.V. Chalcogenides: metastability and phase change phenomena / A.V. Kolobov, J. Tominaga. – Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2012. – XVI+284 p. DOI: 10.1007/978-3-642-28705-3.
8. Guo, P. A review of germanium-antimony-telluride phase change materials for non-volatile memories and optical modulators / P. Guo, A.M. Sarangan, I. Agha // Applied sciences. – 2019. – V. 9. – I. 3. – Art. № 530. – 26 p. DOI: 10.3390/app9030530.
9. Cao, T. Fundamentals and applications of chalcogenide phase‐change material photonics / T. Cao, M. Cen // Advanced Theory and Simulations. – 2019. – V. 2. – I. 8. – Art. № 1900094. – 17 p. DOI: 10.1002/adts.201900094.
10. Sreekanth, K.V. New directions in thin film nanophotonics / K.V. Sreekanth, M. ElKabbash, V. Caligiuri et al. – Singapore: Springer, 2019. – X+172 p. DOI: 10.1007/978-981-13-8891-0.
11. Zhou, G.F. Materials aspects in phase change optical recording/ G.F. Zhou // Materials Science and Engineering: A. – 2001. – V. 304-306. – P. 73-80. DOI: 10.1016/S0921-5093(00)01448-9.
12. Weidenhof, V. Laser induced crystallization of amorphous Ge2Sb2Te5 films / V. Weidenhof, I. Friedrich, S. Ziegler, M. Wuttig // Journal of Applied Physics. – 2001. – V. 89. – I. 6. – P. 3168-3176. DOI: 10.1063/1.1351868.
13. Yang, I. Effect of doped nitrogen on the crystallization behaviors of Ge2Sb2Te5 / I. Yang, K. Do, H.J. Chang et al. // Journal of The Electrochemical Society. – 2010. – V. 157. – I. 4. – P. H483-H486. DOI 10.1149/1.3321759.
14. Ashwin, P. Fast simulation of phase-change processes in chalcogenide alloys using a Gillespie-type cellular automata approach / P. Ashwin, B.S.V. Patnaik, C.D. Wright // Journal of Applied Physics. – 2008. – V. 104. – I. 8. – Art. № 084901. – 8 p. DOI: 10.1063/1.2978334.
15. Nevzorov, A.A. Discrete thermokinetic computational model of laser-induced phase transitions in phase- changing materials / A.A. Nevzorov, V.A. Mikhalevsky, N.N. Eliseev et al. // Applied Physics Letters. – 2023. – V. 122. – I. 19. – Art. № 191106. – 7 p. DOI: 10.1063/5.0147844.
16. Orava, J. Classical-nucleation-theory analysis of priming in chalcogenide phase-change memory / J. Orava, A.L. Greer // Acta Materialia. – 2017. – V. 139. – P. 226-235. DOI: 10.1016/j.actamat.2017.08.013.
17. Abdelghfar, A. Electrostatically tuned optical filters based on hybrid plasmonic-dielectric thin films for hyperspectral imaging / A. Abdelghfar, M.A. Mousa, B.M. Fouad et al. // Micromachines. – 2021. – V. 12. – I. 7. – Art. № 767. – 14 p. DOI: 10.3390/mi12070767.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒