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南開大學團隊攻克鈮酸鋰納米尺度加工難題
2019-04-10 新華社

  新華社天津4月9日電(記者 張建新)信息時代,網絡中每一個比特的電子數據都要經過鈮酸鋰調制器轉換為光子信息,進而通過光纖傳向世界。鈮酸鋰因其光電特性被譽為光電子時代的“光學硅”。然而,如何實現鈮酸鋰器件的微納化、集成化,是各國科學家競相研究的世界難題。經過五年持續攻關,南開大學弱光非線性光子學教育部重點實驗室許京軍教授、任夢昕副教授團隊成功實現了鈮酸鋰納米結構的加工。4月8日,介紹該工作的論文在線發表于國際光學領域權威期刊《激光與光子學評論》。

  早在30年前,人們就試圖制造高質量、小型化的鈮酸鋰器件,希望以此制造出高集成度的光電芯片,以實現超高速、大容量的光電信息轉換、傳輸與處理。實現這一目標的關鍵在于鈮酸鋰納米結構的加工,即可在納米尺度內按照需求任意地調控光的特性與行為。但長久以來,由于鈮酸鋰硬度高、化學性質不活潑等問題,導致傳統機械刻劃或化學腐蝕方法均無法實現鈮酸鋰納米結構的加工。這一棘手問題極大地阻礙了微小化、集成化鈮酸鋰光電芯片及其器件的研發。

  經過五年的工藝研發與技術攻關,許京軍、任夢昕團隊研發了一種特殊的鈮酸鋰制備與處理工藝,并利用一束聚焦的高能鎵離子束,實現了選擇性地轟擊與去除鈮酸鋰分子,在僅百納米(一納米等于十億分之一米)厚度的鈮酸鋰薄膜表面加工出了有序周期排列的納米線陣列,首次獲得了一種名為“鈮酸鋰超構表面”的新型人工材料,實現了對入射光顏色的選擇性透過,并獲得了與蝴蝶翅膀類似的結構性顏色效果,這意味著人們已經找到了一種可有效調控并賦予鈮酸鋰全新光學性質的手段。

  這一結果標志著人們已經具備了基于鈮酸鋰實現納米尺度下對光行為進行精細操控的能力,該加工技術為鈮酸鋰這一獨特的光電材料在微納光子學、集成光子學等領域的應用開啟了大門。

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