鈮酸鋰納米尺度加工獲突破
日前,光學領域國際權威期刊《激光與光子學評論》刊發了一張南開大學百年校慶紀念徽標的彩色照片。別小看這張照片,這可是南開大學弱光非線性光子學教育部重點實驗室的許京軍教授、任夢昕副教授團隊,在頭發絲粗細的鈮酸鋰材料橫截面上加工出來的。他們“雕刻”出的是納米(一納米等于十億分之一米)尺度的鈮酸鋰光學諧振結構,攻克了鈮酸鋰微小尺度加工這一世界性難題。
鈮酸鋰因其電光特性而聞名,已成為廣泛使用的光學材料之一。在信息時代,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。因此,鈮酸鋰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,卻成了讓各國科學家都感到棘手的難題。長久以來,鈮酸鋰硬度高、化學性質不活潑等現實,導致傳統機械刻畫或化學腐蝕方法均無法實現鈮酸鋰納米結構的加工,極大阻礙了微小化、集成化鈮酸鋰光電芯片及其器件的研發。
在此大背景下,經過5年的工藝研發與技術攻關,許京軍教授、任夢昕副教授團隊研發出了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,實現了選擇性轟擊與去除鈮酸鋰分子。他們在僅百納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,獲得了與蝴蝶翅膀類似的結構性顏色效果。這一結果,標志著人們已具備基于鈮酸鋰實現納米尺度下精細操控光行為的能力,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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