找回密码
 立即注册

QQ登录

只需一步,快速开始

查看: 282|回复: 0

[材料资讯] 张勇、肖敏、祝世宁等发明用激光3D打印纳米铁电畴

[复制链接]

122

主题

133

帖子

197

积分

注册会员

Rank: 2

积分
197
发表于 2022-9-19 17:11:59 | 显示全部楼层 |阅读模式
近日,南京大学现代工程与应用科学学院科研团队发展了一种新型非互易飞秒激光极化纳米铁电畴技术,并在铌酸锂晶体中成功演示了激光3D打印纳米铁电畴,相关工作以“Femtosecond laser writing of lithium niobate ferroelectric nanodomains”为题发表在2022年9月15日的《Nature》上。这一工作是该团队在发展激光擦除铁电畴工艺并制备出首个铌酸锂三维非线性光子晶体(Nature Photon. 12, 596 (2018); Nature Commun. 10, 4193 (2019); Light Sci. Appl. 10, 202 (2021); Optica 8, 372 (2021))之后的又一重大突破。论文通讯作者为南京大学现代工程与应用科学学院张勇教授,第一作者为顼晓仪博士和王天新同学,论文工作得到了肖敏教授和祝世宁教授的悉心指导,上海理工大学顾敏教授和南京大学吴迪教授提供了重要支持,合作者还包括上海理工大学方心远副教授和中山大学魏敦钊副教授等。
         铌酸锂得益于其优越的透射谱范围、非线性光学系数、电光和压电性能,是下一代5G/6G通讯和光子芯片的重要载体。特别的是,在铌酸锂晶体中制备铁电畴结构,在非线性光学、声学滤波器、非易失铁电存储等领域有广泛的应用前景。早在上个世纪八十年代,南京大学的研究小组就采用晶体生长条纹技术在铌酸锂晶体中得到了周期为几微米的铁电畴阵列结构,验证了准相位匹配原理,开启了周期极化铌酸锂晶体(又称非线性光子晶体)在激光变频、量子光源等领域的广泛应用。要进一步提升铌酸锂铁电畴器件的性能,亟需在三维空间实现纳米精度的铁电畴结构可控制备。然而,受限于传统加工技术,该问题一直是困扰研究人员的巨大挑战。
        此次,南京大学的研究团队发展了一种新型非互易激光极化铁电畴技术,将飞秒脉冲激光聚焦于铌酸锂晶体内部进行直写,得到了纳米线宽的三维铁电畴结构。在直写过程中,铌酸锂晶体在高强度激光作用下发生多光子吸收,导致局部晶体温度升高,既使得铌酸锂晶体的局域矫顽场降低,又在晶体内部形成了一个有效电场。在二者共同作用下,晶体内部形成一个有效区域,可以实现铁电畴极化反转。同时,有效电场方向的分布特性决定了激光直写铁电畴具有非互易特性,即沿不同方向直写可以实现不同线宽的铁电畴极化以及反极化。研究人员利用这一特性设计了不同的加工工艺,在三维空间上均实现了突破衍射极限的铁电畴线宽控制,实验中成功制备出线宽为100 nm ~ 400 nm的条形铁电畴和尖端宽度为30 nm的楔形铁电畴。同时,还演示了铁电畴结构从一维向二维和三维的结构转换,并实现了高效非线性光束整形。此外,该加工方法得到的铁电畴具有良好的稳定性,经过两年的时效处理或者300℃高温处理后依然稳定存在。
        这一工作将飞秒激光极化技术与铌酸锂铁电畴工程有机结合,突破了传统技术的壁垒,首次在三维空间实现了纳米铁电畴可控制备。将其应用于量子光学领域,可实现高效、高维和窄线宽量子纠缠产生;在电子学领域,可以推动高性能铁电畴壁纳米电子器件的发展,譬如大容量可重写非易失性存储器;在声学领域,纳米周期的铁电畴结构可以实现超高频声学谐振器和滤波器。飞秒激光极化技术可以进一步应用于其他铁电晶体,包括钽酸锂和磷酸钛钾晶体等,并促进高性能三维光、声、电集成器件的发展。

纳米铁电畴

纳米铁电畴
图1、飞秒激光3D打印纳米铁电畴
          该项研究工作得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、固体微结构物理国家重点实验室和人工微结构科学与技术协同创新中心的支持。
          文章来源:南京大学
          张勇(教授),生于1982年,山东省淄博市。于2015年6月加入格莱特纳米科技研究所和材料科学与工程学院卢柯院士研究团队。张勇博士于2010年7月在中国科学院金属研究所获得材料学博士学位,师从卢柯院士和陶乃镕研究员,2010年9月 −2013年9月在美国约翰霍普金斯大学机械工程系从事博士后研究,2013年9月 − 2015年5月在美国约翰霍普金斯大学机械工程系和极端环境材料研究所担任研究科学家。张勇博士在卢柯院士研究团队主要从事极端环境材料的设计和使役行为研究。到目前为止在ActaMaterialia, ScriptaMaterialia, Applied Physics Letters, Advanced Functional Materials等期刊发表文章十余篇,文章被引用400余次。欢迎优秀本科生、硕士生和博士生加盟本课题组。
        肖敏,男,1959年11月生,江苏人。1978-1982年在南京大学物理系就读。1982年通过CUSPEA项目赴美。1988年获美国德克萨斯大学物理学博士学位;1988-1990在MIT做博士后。2009年3月到南京大学工作,现任量子电子学与光学工程系主任。
       祝世宁,男,1949 年12 月生。物理学教授,博士生导师。在南京大学物理系获硕士、博士学位。曾先后在美国宾州州立大学意大利第三世界理论物理中心(ICTP)、香港浸会大学、日本京都大学和美国加利福尼亚大学伯克利分校从事过合作研究和学术访问。1999年至2005年任南京大学固体微结构物理国家重点实验室副主任、凝聚态学科主任;2005年任南京大学物理学系主任;2009年起任南京大学物理学学院院长; 2007年当选为中国科学院院士; 2012年当选为美国光学学会会士(Fellow); 目前还担任科技部973顾问组成员(2011-), 纳米重大研究计划专家组成员(2010 -), 教育部科技委委员(2009 -), 材料学部主任(2009 -), 江苏省物理学会理事长(2006-), 江苏省科协副主席(2009 -)等职。


  声明:本网部分文章和图片来源于网络,发布的文章仅用于材料专业知识和市场资讯的交流与分享,不用于任何商业目的。任何个人或组织若对文章版权或其内容的真实性、准确性存有疑义,请第一时间联系我们,我们将及时进行处理。

本帖被以下淘专辑推荐:

回复

使用道具 举报

小黑屋|手机版|Archiver|版权声明|一起进步网 ( 京ICP备14007691号-1

GMT+8, 2024-3-29 22:44 , Processed in 0.143355 second(s), 42 queries .

Powered by Discuz! X3.2

© 2001-2013 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表