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日前，國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表了南京大學(xué)張勇、肖敏、祝世寧領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)在下一代光電芯片制造領(lǐng)域的重大突破！

科研團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種新型“非互易飛秒激光極化鐵電疇”技術(shù)，將飛秒脈沖激光聚焦于材料“鈮酸鋰”的晶體內(nèi)部，通過(guò)控制激光移動(dòng)的方向，在晶體內(nèi)部形成有效電場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)的直寫和擦除。

鈮酸鋰是什么？很多人可能不太清楚。鈮酸鋰晶體是用途最廣泛的新型無(wú)機(jī)材料之一，它是很好的壓電換能材料，鐵電材料，電光材料，鈮酸鋰作為電光材料在光通訊中起到光調(diào)制作用。具有“光學(xué)硅”之稱的鈮酸鋰是一種集光折變效應(yīng)、非線性效應(yīng)、電光效應(yīng)、聲光效應(yīng)、壓電效應(yīng)與熱電效應(yīng)等于一體的無(wú)色透明材料。

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)（相當(dāng)于頭發(fā)絲的五十分之一），首次縮小到納米級(jí)，達(dá)到 30 納米，大大提高了加工精度。

這一重大發(fā)明，未來(lái)或可開(kāi)辟光電芯片制造新賽道，有望用于光電調(diào)制器、聲學(xué)濾波器、非易失鐵電存儲(chǔ)器等關(guān)鍵光電器件芯片制備，在 5G / 6G 通訊、光計(jì)算、人工智能等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

這一工作將飛秒激光極化技術(shù)與鈮酸鋰鐵電疇工程有機(jī)結(jié)合，突破了傳統(tǒng)技術(shù)的壁壘，首次在三維空間實(shí)現(xiàn)了納米鐵電疇可控制備。將其應(yīng)用于量子光學(xué)領(lǐng)域，可實(shí)現(xiàn)高效、高維和窄線寬量子糾纏產(chǎn)生；在電子學(xué)領(lǐng)域，可以推動(dòng)高性能鐵電疇壁納米電子器件的發(fā)展，譬如大容量可重寫非易失性存儲(chǔ)器；在聲學(xué)領(lǐng)域，納米周期的鐵電疇結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)超高頻聲學(xué)諧振器和濾波器。飛秒激光極化技術(shù)可以進(jìn)一步應(yīng)用于其他鐵電晶體，包括鉭酸鋰和磷酸鈦鉀晶體等，并促進(jìn)高性能三維光、聲、電集成器件的發(fā)展。

據(jù)悉，該項(xiàng)研究工作得到了科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、固體微結(jié)構(gòu)物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和人工微結(jié)構(gòu)科學(xué)與技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心的支持。