清华大学材料学院李千课题组在电光薄膜性能调控领域取得新进展
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上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件的高科技企业，公司2005年成立在上海闵行零号湾创业园区，专业的光电镀膜公司，技术背景依托中国科学院，卷柔产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工；光学透镜、反射镜、棱镜，平板显示，安防监控等光学镀膜产品的开发和生产，为全球客户提供上等的产品和服务。
集成光子学技术利用光信号实现大量数据的高速、低损传输，被视为解决后摩尔时代通信资源消耗和性能受限等问题的*佳方案，在信息技术领域具有广阔的应用前景。同时，这也对集成光子器件中的关键材料提出了更高的性能要求。与硅基材料和铌酸锂等常用材料体系相比，钛酸钡（BaTiO3）具有高电光系数、与芯片集成工艺兼容、可实现非易失性存储等特性，近年来备受研究者关注。然而，目前BaTiO3薄膜的电光系数仍有待进一步突破，其内部结构、畴翻转动力学特征与电光性能之间的联系也尚未被阐明，限制了其在集成光子器件领域的深入应用。为解决上述关键问题，清华大学材料学院李千副教授课题组借助铁电极化翻转路径的设计思想，利用钪酸钆（GdScO3）缓冲层在BaTiO3薄膜中实现了逐渐过渡的极化旋转路径，并通过缓冲层厚度调控获得了一系列不同结构的BaTiO3薄膜（图1）。X 射线衍射、二次谐波等测量结果表明，随缓冲层厚度增加，薄膜相结构由面外四方相过渡至中间菱方相，*终稳定在面内四方相。扫描透射电镜（STEM）结果进一步证实了不同BaTiO3薄膜之间的结构差异，同时表明这一结构调控策略的有效性源于GdScO3缓冲层的慢应变释放方式（图2）。在此基础上，研究团队利用自行搭建的新型表征系统，结合原位二次谐波产生和电光测量装置，对BaTiO3薄膜的电光响应行为及其与结构特性之间的关联进行系统解析。通过前述策略优化相结构的BaTiO3薄膜，表现出高达175pm/V的有效电光系数和182%的光学多级移相窗口（图3）。团队进一步表征了BaTiO3薄膜畴成核行为的空间图像，并在此基础上进行畴翻转过程统计学和空间解析动力学研究，为薄膜的成核限制（NLS）模型提供了系统性实证证据（图4）。该工作在实现BaTiO3薄膜电光系数提升的同时，对BaTiO3薄膜电光响应背后的畴翻转动力学进行系统解析，为高性能电光材料和集成光子器件的设计提供了有效的方案。
图1. 利用GdScO3缓冲层实现BaTiO3薄膜的结构逐渐变化
图2. 不同缓冲层厚度的BaTiO3薄膜STEM表征结果
图3. 相结构优化的BaTiO3薄膜实现电光性能的增强
图4. 基于电光和非线性光学响应的畴翻转动力学分析相关研究成果以“通过缓冲层控制的极化旋转路径调节钛酸钡薄膜的电光性能”（Tuning the Electro-Optic Properties of BaTiO3 Epitaxial Thin Films via Buffer Layer-Controlled Polarization Rotation Paths）为题，近日发表在国际有名期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。清华大学材料学院2023级博士生于涵、国家纳米科学中心2021级博士生郭宁、清华大学材料学院邓晨光博士后为论文的共同**作者，清华大学材料学院李千副教授、李敬锋教授，国家纳米科学中心郑强研究员，清华大学材料学院邓晨光博士后为论文的通讯作者。论文的重要合作者还包括清华大学马静副教授，北京师范大学张金星教授等。本研究得到了国家自然基金基础科学中心项目、原创探索计划项目、国家重点研发计划、北京市自然科学基金等的支持。
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上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件的高科技企业，公司2005年成立在上海闵行零号湾创业园区，专业的光电镀膜公司，技术背景依托中国科学院，卷柔产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工；光学透镜、反射镜、棱镜，平板显示，安防监控等光学镀膜产品的开发和生产，为全球客户提供上等的产品和服务。
采用德国薄膜制备工艺，形成了一套具有严格工艺标准的闭环式流程技术制备体系，能够制备各种超高性能光学薄膜，包括红外薄膜、增透膜，ARcoating,激光薄膜、特种薄膜、紫外薄膜、x射线薄膜，应用领域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、医用激光器、光学科研，红外制导、面部识别、VR/AR应用,博物馆，低反射橱窗玻璃，画框，工业灯具照明，广告机，点餐机，电子白板，安防监控等。
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