第五篇正刊！西安交大李飞联合哈工大&卧龙岗大学发表最新Science：打破铁电晶体畴壁

nanoCJ 2年前 (2022-04-22) 3444浏览

【引言】

由于折射率可随电场进行变化，铁电材料被认为可用于制作理想的光学元件。然而，对于许多性能优异的铁电体来说，其畴壁对光具有散射作用，因此并不适用于光学应用。例如，弛豫钛酸铅（PbTiO₃）晶体具有良好的压电性，被认为具有较高的电光（electro-optic，EO）系数。然而，由于畴壁的光散射和反射现象，大幅降低了弛豫PbTiO₃晶体的光学透明度，严重限制了其在电光应用方面的发展。

【成果简介】

近期，西安交通大学的李飞、哈尔滨工业大学的田浩和澳大利亚卧龙岗大学的张树君（共同通讯作者）等人合作发表了最新工作，提出采用高温极化法可去除铅基陶瓷铁电体Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃(PIN-PMN-PT)中的光散射畴壁。这种材料具有很高的电光系数，所需要的驱动电压则可以降到极低的水平。研究表示，通过铁电相、晶体取向和极化技术的协同设计，可以成功打破去除所有光散射畴壁，并在减反射膜涂层晶体中实现高达99.6%的透射率，相应的EO系数r₃₃也达到了900 pm V⁻¹的超高水平，是传统EO晶体的30倍以上。基于这一PIN-PMN-PT晶体，研究还制造了超紧凑（ultracompact）型电光调Q开关（EO Q-switches）。与商用Q开关相比，研究开发的调Q开关体积可缩小超过一个数量级，而所需的驱动电压可低至200V，同时还能保持相当优异的器件性能。因此，研究认为开发上述材料对于提高电光器件的便携性和降低器件驱动电压来说具有重要意义。Xin Liu和Peng Tan为共同第一作者，2022年4月21日，相关成果以题为“Free-standing homochiral 2D monolayers by exfoliation of molecular crystals”的文章发表在Science上。