南开大学团队攻克铌酸锂纳米尺度加工难题

信息时代，网络中每一个比特的电子数据都要经过铌酸锂调制器转换为光子信息，进而通过光纤传向世界。铌酸锂因其光电特性被誉为光电子时代的“光学硅”。然而，如何实现铌酸锂器件的微纳化、集成化，是各国科学家竞相研究的世界难题。经过五年持续攻关，南开大学弱光非线性光子学教育部重点实验室许京军教授、任梦昕副教授团队成功实现了铌酸锂纳米结构的加工。4月8日，介绍该工作的论文在线发表于国际光学领域权威期刊《激光与光子学评论》。
早在30年前，人们就试图制造高质量、小型化的铌酸锂器件，希望以此制造出高集成度的光电芯片，以实现超高速、大容量的光电信息转换、传输与处理。实现这一目标的关键在于铌酸锂纳米结构的加工，即可在纳米尺度内按照需求任意地调控光的特性与行为。但长久以来，由于铌酸锂硬度高、化学性质不活泼等问题，导致传统机械刻划或化学腐蚀方法均无法实现铌酸锂纳米结构的加工。这一棘手问题极大地阻碍了微小化、集成化铌酸锂光电芯片及其器件的研发。
经过五年的工艺研发与技术攻关，许京军、任梦昕团队研发了一种特殊的铌酸锂制备与处理工艺，并利用一束聚焦的高能镓离子束，实现了选择性地轰击与去除铌酸锂分子，在仅百纳米(一纳米等于十亿分之一米)厚度的铌酸锂薄膜表面加工出了有序周期排列的纳米线阵列，首次获得了一种名为“铌酸锂超构表面”的新型人工材料，实现了对入射光颜色的选择性透过，并获得了与蝴蝶翅膀类似的结构性颜色效果，这意味着人们已经找到了一种可有效调控并赋予铌酸锂全新光学性质的手段。
这一结果标志着人们已经具备了基于铌酸锂实现纳米尺度下对光行为进行精细操控的能力，该加工技术为铌酸锂这一独特的光电材料在微纳光子学、集成光子学等领域的应用开启了大门。