Väitös mikro- ja nanotekniikan alalta, M.Sc. Xiaoqi Cui

Väitöskirjan nimi: Integrated Optoelectronic Devices with van der Waals Materials

Väittelijä: Xiaoqi Cui
Vastaväittäjä: Prof. Yun-Feng Xiao, Peking University, Kiina
Kustos: Prof. Zhipei Sun, Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu, elektroniikan ja nanotekniikan laitos

vdW-materiaalit ovat kiinnostaneet tutkijoita siitä lähtien, kun grafeenia onnistuttiin kuorimaan ensimmäistä kertaa vuonna 2004. Näillä matalaulotteisilla kerrosmateriaaleilla on ainutlaatuisia optisia ja sähköisiä ominaisuuksia aina monikerroksisista näytteistä atomitason 2D-yksittäiskerroksiin, jotka tunnetaan yleisesti 2D-materiaaleina. Nämä materiaalit avaavat paljon mahdollisuuksia fotoniikassa ja optoelektroniikassa. vdW-materiaalien integrointi materiaalin pinoamisen (homoliitosten ja heteroliitosten rakentamisen) ja aaltojohto-integroinnin kautta on johtanut korkeampaan suorituskykyyn ja kehittyneempiin toimintoihin monenlaisissa uusissa laitteissa (esim. valoilmaisimet ja modulaattorit). Kuitenkin näiden lupaavien materiaalien integrointiin liittyy edelleen haasteita, kuten suuri laitejalanjälki katoavan kentän valon kytkennässä, homoliitoksiin perustuvien optoelektronisten ja spektroskooppisten sovellusten toteuttaminen ja näiden pienoislaitteiden integrointi sirulle.

Tässä väitöskirjassa tutkimme uusia optoelektronisia toimintaperiaatteita ja toimintoja, joissa käytetään vdW-materiaaleihin integroituja laitteita. Osoitamme optisesti konfiguroitavan AAT/bi-AAT valovasteen. AAT-käyttäytyminen seuraa varauksen kiinniotto- ja vapautumisprosesseista, joita avustavat manuaalisesti lisätyt ansatilat. Symmetristä laitekokoonpanoa on käytetty AAT-valovasteen saavuttamiseksi. Kaksi varauksen vapautumisen lähdettä johtavat aallonpituudesta riippuviin AAT/bi-AAT valovasteisiin. Lisäksi konfiguroitavilla valovasteilla varustettu vdW-homoliitos mahdollistaa mikrospektroskopia-toiminnon, ja sen siruintegrointia on tutkittu. Materiaalin tunnistus toteutetaan tämän kompaktin optoelektronisen spektroskopian avulla. Lisäksi nanorakenteista vdW-materiaali-aaltojohtoa käytetään korkean hyötysuhteen valodetektiota varten. 

Näissä sovelluksissa optinen aallonpituus toimii edistyneiden valovasteiden käynnistimenä, korostaen optisen aallonpituuden ja siten fotonienergian merkitystä optoelektronisten laitteiden suunnittelussa. Lisäksi nanorakenteisten vdW-materiaalien onnistunut käyttö kompakteina valoilmaisimina avaa tien vdW-materiaaleille uutena materiaalialustana fotoniikan integroiduissa piireissä. Tämä puolestaan helpottaa uusien fotoniikan ja optoelektroniikan laitteiden, kuten vdW-materiaaleihin perustuvien mikroresonaattoreiden, kehittämistä.

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus/

Yhteystiedot:

Sähkötekniikan korkeakoulun väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/53