Modelling of adaptive phase-shifting filter cells with optical control based on multilayer structures of phase-change materials

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

The paper presents the results of modelling the phase shift of a passing optical beam caused by the formation of a layered structure in a controllable cell made of the phase-change material Ge2Sb2Te5 induced by the controlling influence of pulsed laser radiation of short and ultrashort duration. The crystallization of a thin film of Ge2Sb2Te5 is analyzed on the basis of the thermokinetic approach, taking into account the kinetic properties of the material, the energy and duration of the applied laser radiation, the amorphization of the upper layers of the film during rapid heating and the temperature dependence of the kinetic properties. Graphs of the thickness of the crystalline layer in the film material were plotted for each influencing pulsed radiation. From the data on the position of the crystalline layer, the phase shift of the transmitted optical radiation is calculated. Based on the modelling data of the investigated cell, a phase shifter can be constructed to transform an optical beam of arbitrary aperture. The proposed method of controlling the optical beam front by changing the structural state of a thin film can be very promising when accurate and fast tuning of the optical phase transparency is required.

Авторлар туралы

Alexey Kiselev

National Research Centre «Kurchatov Institute»

Researcher

Vladimir Mikhalevsky

National Research Centre «Kurchatov Institute»

Researcher

Alexey Nevzorov

National Research Centre «Kurchatov Institute»

Ph. D., Researcher

Anton Burtsev

National Research Centre «Kurchatov Institute»

Email: murrkiss2009@yandex.ru
Researcher

Vitaly Ionin

National Research Centre «Kurchatov Institute»

Researcher

Nikolay Eliseev

National Research Centre «Kurchatov Institute»

Junior Researcher

Andrey Lotin

National Research Centre «Kurchatov Institute»

Ph. D., Deputy Head of the branch

Әдебиет тізімі

  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.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML

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».