1. 痛點(diǎn)問(wèn)題

鈮酸鋰得益于其優(yōu)越的透射譜范圍、非線性光學(xué)系數(shù)、電光和壓電性能，是下一代5G/6G通訊和光子芯片的重要載體。特別的是，在鈮酸鋰晶體中制備鐵電疇結(jié)構(gòu)，在非線性光學(xué)、聲學(xué)濾波器、非易失鐵電存儲(chǔ)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。要進(jìn)一步提升鈮酸鋰鐵電疇器件的性能，亟需在三維空間實(shí)現(xiàn)納米精度的鐵電疇結(jié)構(gòu)可控制備。然而，受限于傳統(tǒng)加工技術(shù)，該問(wèn)題一直是困擾研究人員的巨大挑戰(zhàn)。

2. 解決方案

南京大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種新型非互易激光極化鐵電疇技術(shù)，將飛秒脈沖激光聚焦于鈮酸鋰晶體內(nèi)部進(jìn)行直寫(xiě)，得到了納米線寬的三維鐵電疇結(jié)構(gòu)。在直寫(xiě)過(guò)程中，鈮酸鋰晶體在高強(qiáng)度激光作用下發(fā)生多光子吸收，導(dǎo)致局部晶體溫度升高，既使得鈮酸鋰晶體的局域矯頑場(chǎng)降低，又在晶體內(nèi)部形成了一個(gè)有效電場(chǎng)。在二者共同作用下，晶體內(nèi)部形成一個(gè)有效區(qū)域，可以實(shí)現(xiàn)鐵電疇極化反轉(zhuǎn)。同時(shí)，有效電場(chǎng)方向的分布特性決定了激光直寫(xiě)鐵電疇具有非互易特性，即沿不同方向直寫(xiě)可以實(shí)現(xiàn)不同線寬的鐵電疇極化以及反極化。研究人員利用這一特性設(shè)計(jì)了不同的加工工藝，在三維空間上均實(shí)現(xiàn)了突破衍射極限的鐵電疇線寬控制，實(shí)驗(yàn)中成功制備出線寬為100 nm ~ 400 nm的條形鐵電疇和尖端寬度為30 nm的楔形鐵電疇。同時(shí)，還演示了鐵電疇結(jié)構(gòu)從一維向二維和三維的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，并實(shí)現(xiàn)了高效非線性光束整形。此外，該加工方法得到的鐵電疇具有良好的穩(wěn)定性，經(jīng)過(guò)兩年的時(shí)效處理或者300℃高溫處理后依然穩(wěn)定存在。

3. 競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)分析

這一新技術(shù)，突破了傳統(tǒng)飛秒激光的光衍射極限，把光雕刻鈮酸鋰三維結(jié)構(gòu)的尺寸，從傳統(tǒng)的 1 微米量級(jí)，首次縮小到納米級(jí)，達(dá)到 30 納米，大大提高了加工精度。