Nat. Commun.：拓扑绝缘体材料助力纳米全息图
【引言】
全息摄影在传统光学设备包括光学显微技术以及光学成像等领域中都有着广泛的应用。 如果要将全息影像技术和现在流行的低维电子器件相结合，全息图需要减薄到纳米尺寸，但是为了保持能够有明显的相移的调制，全息图的厚度被限制在光波长的尺度上，这对于制作超薄全息电子器件来说是一个巨大的挑战。
【成果简介】
近日，澳大利亚的墨尔本皇家理工的Zengji Yue教授（通讯作者）和Gaolei Xue教授（通讯作者）等人研究发现，通过使用拓扑绝缘体材料可以打破全息图尺寸的限制，使得其厚度可以达到60nm。由于拓扑绝缘体金属表面和体内的折射率不同的特点，拓扑绝缘体薄膜可以作为本征光学谐振腔。这种本征谐振腔会增强相移，随之便产生了全息图像。本文的实验成果为平面电子器件和全息影像结合奠定了基础，并对光学影像，数据存储，信息安全等领域产生了重大影响。
【图文导读】
图1 二元全息图的构造和全息图制作流程
图（A）使用激光直写系统构建Sb2Te3纳米全息图的制作流程
图（B）使用连续波长的激光照射Sb2Te3纳米全息图从而形成全息成像
图2 Sb2Te3薄膜腔的物理机制
图（A）Sb2Te3薄膜谐振腔内部光的多次反射示意图， 半透明箭头表示界面反射。
图（B）Sb2Te3薄膜谐振腔的表面反射系数n和消光系数K与波长的关系
图（C）Sb2Te3薄膜谐振腔内部的反射系数n和消光系数k与波长的关系
图3 电磁场和相移的数学仿真
图（A）在632nm光照下，Sb2Te3薄膜和SiO2/Si界面处的电磁场分布的仿真
图（B）在不同的波长光照射下，Sb2Te3薄膜和SiO2/Si界面处的相移和薄膜厚度关系的仿真
图（C）60nm厚度的Sb2Te3薄膜和SiO2/Si界面处的相移和入射光波长的仿真
图（D）60nm厚度的Sb2Te3薄膜的反射和波长之间关系，结果表明实验测量和理论仿真有着良好的一致性。
图4 Sb2Te3纳米薄膜全息图和图像重建
图（A）恐龙模型的原始图像
图（B-C）激光印刷全息图的SEM图像，B图的比例尺是50μm，C图的比例尺是10μm
图（D-F）分别使用445,532,632nm连续波长激光照射全息图出现的全息影像，图中比例尺均为10μm
【小结】
实验中的全息影像的质量会受到以下几个因素的影响：微加工过程，激光能量，拓扑绝缘体薄膜质量等。该实验团队提出一种DLW的器件制备方法，该方法简化了工艺流程，并且有望和平面薄膜器件相结合，并广泛应用于光学成像，数据存储，数据安全等领域。
文献链接：Nanometric holograms based on a topological insulator material（Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/ncomms15354）
本文由材料人电子电工学术组hxxurui供稿，材料牛整理编辑。
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