Completely Anisotropic Ultrafast Optical Switching and Direction‐Dependent Photocarrier Diffusion in Layered ZrTe5

材料科学 各向异性 超短脉冲 极化(电化学) 纳米材料 光电子学 光学 偶极子 纳米技术 物理 激光器 化学 量子力学 物理化学
作者
Sung Bok Seo,Sanghee Nah,Muhammad Sajjad,Jiacheng Song,Nirpendra Singh,Sang Ho Suk,Hionsuck Baik,Sang-Hoon Kim,Geun‐Ju Kim,Jung‐Il Kim,Sangwan Sim
出处
期刊:Advanced Optical Materials [Wiley]
卷期号:11 (3) 被引量:9
标识
DOI:10.1002/adom.202201544
摘要

Abstract Layered nanomaterials with in‐plane anisotropy exhibit unique orientation‐dependent responses to external stimuli, enabling the development of novel devices with additional degrees of freedom. In particular, their anisotropic optical properties enable ultrafast nanophotonic modulators to be controlled by light polarization. However, achieving high controllability is still challenging due to incomplete optical anisotropy in most materials. Here, this work presents a completely anisotropic, ultrafast optical modulation in zirconium pentatelluride (ZrTe 5 ), a layered nanomaterial that has recently attracted renewed attention. The transient absorption (TA) microscopy reveals anisotropic ultrafast picosecond optical modulation in a broad range of 1.2–2.2 eV. In particular, at a certain photon‐energy of 1.62 eV, complete on/off switching with a near‐unity degree of anisotropy is achieved solely by changing the light polarization, suggesting that ZrTe 5 is a promising material for polarization‐selective high‐speed optical modulators. The theoretical analysis of the transition dipole moments attributes this sharp anisotropy to strongly polarization‐dependent excited‐state absorption. Furthermore, this work directly observes direction‐dependent photocarrier transport using scanning TA microscopy. It yields the anisotropic diffusivity, mobility, and diffusion lengths of the photocarriers, which are essential parameters for designing devices. Therefore, this work provides a comprehensive understanding of the anisotropic optical characteristics of ZrTe 5 on ultrafast timescales.
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