Nat.Commun.：拓撲絕緣體材料助力納米全息圖

【引言】

全息攝影在傳統光學設備包括光學顯微技術以及光學成像等領域中都有著廣泛的應用。 如果要將全息影像技術和現在流行的低維電子器件相結合，全息圖需要減薄到納米尺寸，但是為了保持能夠有明顯的相移的調製，全息圖的厚度被限制在光波長的尺度上，這對於製作超薄全息電子器件來說是一個巨大的挑戰。

【成果簡介】

近日，澳大利亞的墨爾本皇家理工的Zengji Yue教授（通訊作者）和Gaolei Xue教授（通訊作者）等人研究發現，通過使用拓撲絕緣體材料可以打破全息圖尺寸的限制，使得其厚度可以達到60nm。由於拓撲絕緣體金屬表面和體內的折射率不同的特點，拓撲絕緣體薄膜可以作為本徵光學諧振腔。這種本徵諧振腔會增強相移，隨之便產生了全息圖像。本文的實驗成果為平面電子器件和全息影像結合奠定了基礎，並對光學影像，數據存儲，信息安全等領域產生了重大影響。

【圖文導讀】

圖1 二元全息圖的構造和全息圖製作流程

圖（A）使用激光直寫系統構建Sb2Te3納米全息圖的製作流程

圖（B）使用連續波長的激光照射Sb2Te3納米全息圖從而形成全息成像

圖2 Sb2Te3薄膜腔的物理機制

圖（A）Sb2Te3薄膜諧振腔內部光的多次反射示意圖， 半透明箭頭表示界面反射。

圖（B）Sb2Te3薄膜諧振腔的表面反射係數n和消光係數K與波長的關係

圖（C）Sb2Te3薄膜諧振腔內部的反射係數n和消光係數k與波長的關係

圖3 電磁場和相移的數學模擬

圖（A）在632nm光照下，Sb2Te3薄膜和SiO2/Si界面處的電磁場分布的模擬

圖（B）在不同的波長光照射下，Sb2Te3薄膜和SiO2/Si界面處的相移和薄膜厚度關係的模擬

圖（C）60nm厚度的Sb2Te3薄膜和SiO2/Si界面處的相移和入射光波長的模擬

圖（D）60nm厚度的Sb2Te3薄膜的反射和波長之間關係，結果表明實驗測量和理論模擬有著良好的一致性。

圖4 Sb2Te3納米薄膜全息圖和圖像重建

圖（A）恐龍模型的原始圖像

圖（B-C）激光印刷全息圖的SEM圖像，B圖的比例尺是50μm，C圖的比例尺是10μm

圖（D-F）分別使用445,532,632nm連續波長激光照射全息圖出現的全息影像，圖中比例尺均為10μm

【小結】

實驗中的全息影像的質量會受到以下幾個因素的影響：微加工過程，激光能量，拓撲絕緣體薄膜質量等。該實驗團隊提出一種DLW的器件製備方法，該方法簡化了工藝流程，並且有望和平面薄膜器件相結合，並廣泛應用於光學成像，數據存儲，數據安全等領域。

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