鈮酸鋰納米尺度加工獲突破

日前，光學(xué)領(lǐng)域國際權(quán)威期刊《激光與光子學(xué)評論》刊發(fā)了一張南開大學(xué)百年校慶紀(jì)念徽標(biāo)的彩色照片。別小看這張照片，這可是南開大學(xué)弱光非線性光子學(xué)教育部重點實驗室的許京軍教授、任夢昕副教授團(tuán)隊，在頭發(fā)絲粗細(xì)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(xué)諧振結(jié)構(gòu)，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(xué)材料之一。在信息時代，網(wǎng)絡(luò)中每一個比特的電子數(shù)據(jù)都要經(jīng)過鈮酸鋰調(diào)制器轉(zhuǎn)換為光子信息，進(jìn)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(xué)硅”。

然而，如何實現(xiàn)鈮酸鋰器件的微納化、集成化，卻成了讓各國科學(xué)家都感到棘手的難題。長久以來，鈮酸鋰硬度高、化學(xué)性質(zhì)不活潑等現(xiàn)實，導(dǎo)致傳統(tǒng)機械刻畫或化學(xué)腐蝕方法均無法實現(xiàn)鈮酸鋰納米結(jié)構(gòu)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(fā)。

在此大背景下，經(jīng)過5年的工藝研發(fā)與技術(shù)攻關(guān)，許京軍教授、任夢昕副教授團(tuán)隊研發(fā)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(xiàn)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(gòu)表面”的新型人工材料，實現(xiàn)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(jié)構(gòu)性顏色效果。這一結(jié)果，標(biāo)志著人們已具備基于鈮酸鋰實現(xiàn)納米尺度下精細(xì)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(xué)、集成光子學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用開啟了大門。