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Anisotropic nonlinear optical responses of Ta2NiS5 flake towards ultrafast logic gates and secure all-optical information transmission
Nanophotonics ( IF 6.5 ) Pub Date : 2024-10-22 , DOI: 10.1515/nanoph-2024-0404 Lei Yan, Ziyao Gong, Qinyong He, Dechao Shen, Anping Ge, Ye Dai, Guohong Ma, Liaoxin Sun, Saifeng Zhang
Nanophotonics ( IF 6.5 ) Pub Date : 2024-10-22 , DOI: 10.1515/nanoph-2024-0404 Lei Yan, Ziyao Gong, Qinyong He, Dechao Shen, Anping Ge, Ye Dai, Guohong Ma, Liaoxin Sun, Saifeng Zhang
Optical logic gates based on nonlinear optical property of material with ultrafast response speed and excellent computational processing power can break the performance bottleneck of electronic transistors. As one of the layered 2D materials, Ta2 NiS5 exhibits high anisotropic mobility, exotic electrical response, and intriguing optical properties. Due to the low-symmetrical crystal structures, it possesses in-plane anisotropic physical properties. The optical absorption information of Ta2 NiS5 is investigated by anisotropic linear absorption spectra, femtosecond laser intensity scanning (I -scan), and non-degenerate pump-probe technology. The I -scan results show a distinct maximum of ∼4.9 % saturable absorption (SA) and ∼4 % reverse saturable absorption (RSA) at different polarization directions of the incident laser. And, these unique nonlinear optical (NLO) properties originate from the anisotropic optical transition probability. Furthermore, the novel Ta2 NiS5 -based all-optical logic gates are proposed by manipulating the NLO absorption processes. And, the all-optical OR and NOR logic gates possess an ultrafast response speed approaching 1.7 THz. Meanwhile, an all-optical information transmission method with higher security and accuracy is achieved, which has promising potential to avoid the disclosure of information. This work provides a new path for designing versatile and novel optical applications based on Ta2 NiS5 materials.
中文翻译:
Ta2NiS5 片状的各向异性非线性光学响应对超快逻辑门和安全的全光信息传输
基于材料非线性光学特性的光学逻辑门具有超快的响应速度和出色的计算处理能力,可以打破电子晶体管的性能瓶颈。作为层状 2D 材料之一,Ta2NiS5 表现出高各向异性迁移率、奇异的电响应和有趣的光学特性。由于低对称的晶体结构,它具有面内各向异性物理特性。通过各向异性线性吸收光谱、飞秒激光强度扫描 (I-scan) 和非简并泵浦探针技术研究了 Ta2NiS5 的光吸收信息。I 扫描结果显示,在入射激光器的不同偏振方向上,明显最大值为 ∼4.9 % 的可饱和吸收 (SA) 和 ∼4 % 的反向可饱和吸收 (RSA)。而且,这些独特的非线性光学 (NLO) 特性源于各向异性光学跃迁概率。此外,通过操纵 NLO 吸收过程,提出了一种新型的基于 Ta2NiS5 的全光逻辑门。而且,全光 OR 和 NOR 逻辑门具有接近 1.7 THz 的超快响应速度。同时,实现了一种安全性和准确性更高的全光信息传输方法,在避免信息泄露方面具有广阔的潜力。这项工作为基于 Ta2NiS5 材料设计多功能和新颖的光学应用提供了一条新的路径。
更新日期:2024-10-22
中文翻译:
Ta2NiS5 片状的各向异性非线性光学响应对超快逻辑门和安全的全光信息传输
基于材料非线性光学特性的光学逻辑门具有超快的响应速度和出色的计算处理能力,可以打破电子晶体管的性能瓶颈。作为层状 2D 材料之一,Ta2NiS5 表现出高各向异性迁移率、奇异的电响应和有趣的光学特性。由于低对称的晶体结构,它具有面内各向异性物理特性。通过各向异性线性吸收光谱、飞秒激光强度扫描 (I-scan) 和非简并泵浦探针技术研究了 Ta2NiS5 的光吸收信息。I 扫描结果显示,在入射激光器的不同偏振方向上,明显最大值为 ∼4.9 % 的可饱和吸收 (SA) 和 ∼4 % 的反向可饱和吸收 (RSA)。而且,这些独特的非线性光学 (NLO) 特性源于各向异性光学跃迁概率。此外,通过操纵 NLO 吸收过程,提出了一种新型的基于 Ta2NiS5 的全光逻辑门。而且,全光 OR 和 NOR 逻辑门具有接近 1.7 THz 的超快响应速度。同时,实现了一种安全性和准确性更高的全光信息传输方法,在避免信息泄露方面具有广阔的潜力。这项工作为基于 Ta2NiS5 材料设计多功能和新颖的光学应用提供了一条新的路径。