Birefringence, dimensionality, and surface influences on organic hybrid electro-optic performance
Birefringence, dimensionality, and surface influences on organic hybrid electro-optic performance
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双折射、维度和表面对有机混合电光性能的影响
DOI：
10.1117/12.2594939
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发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Robinson, Bruce H.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Johnson, Lewis E.;Elder, Delwin L.;Benight, Stephanie J.;Tillack, Andreas F.;Hammond, Scott R.;Heni, Wolfgang;Dalton, Larry R.;Robinson, Bruce H.
混合有机电光（OEO）器件由限制在金属或半导体层之间的有序有机发色团层组成，使得光场能够紧密地限制在OEO材料内。紧密限制与最先进的OEO材料的高电光（EO）性能的组合实现了硅-有机混合（SOH）和等离子体-有机混合（POH）器件架构中的卓越电光切换性能。POH设备的最新记录包括带宽< 500 GHz和能效< 100 aJ/bit。然而，器件性能的优化需要理解和提高发色团在金属或半导体界面附近可以偏心有序的程度。将OEO材料的体模型和/或各向同性模型应用于纳米光子器件架构通常导致材料性能到器件性能的过度乐观的转换。先前的工作已经确定了高中心对称顺序（双折射），改变偏心和中心对称顺序（维度）之间的关系，和表面静电对生色团排序的影响。我们将联合收割机这些模型组合成一个表示，可用于了解这些现象对器件性能的影响，一些先前的OEO材料如何在限制下表现出异常高的性能，如何改善接近表面的有序性，以及对未来电光器件设计的影响。
Hybrid organic electro-optic (OEO) devices consist of a layer of ordered organic chromophores confined between layers of metals or semiconductors, enabling optical fields to be tightly confined within the OEO material. The combination of tight confinement with the high electro-optic (EO) performance of state-of-the art OEO materials enables exceptional electro-optic switching performance in silicon-organic hybrid (SOH) and plasmonic-organic hybrid (POH) device architectures. Recent records in POH devices include bandwidths < 500 GHz and energy efficiency < 100 aJ/bit. However, optimization of device performance requires both understanding and improving the degree to which chromophores can be acentrically ordered near a metal or semiconductor interface. Applying bulk and/or isotropic models of OEO materials to nanophotonic device architectures often lead to overly optimistic translation of materials performance to device performance. Prior work has identified influences of high centrosymmetric order (birefringence), altered relations between acentric and centrosymmetric order (dimensionality), and surface electrostatics on chromophore ordering. We combine these models into a representation that can be used to understand the influences of these phenomena on device performance, how some prior OEO materials exhibited unusually high performance under confinement, how ordering close to surfaces may be improved, and implications for future electro-optic device design.
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B. Robinson