新型鈦酸鍶薄膜低温電光性能創新高

科技日報記者 劉霞

在接近絕對零度，如4開爾文（約-269.15℃）的極低温度下，大多數電光材料都會“失靈”，性能急劇下降。在一項最新研究中，比利時科學家研發出一種新型鈦酸鍶（SrTiO3）薄膜，在極低温條件下不僅光損耗低，還實現了創紀錄的電光性能，有望為量子模塊提供更高效的光控組件。相關論文發表於新一期《科學》雜誌。

量子計算機與探測器通常運行在接近絕對零度環境。在這種極端條件下，常温材料難以有效調控光信號。而光調控恰恰是信息編碼、路由與轉換的關鍵，不僅在常温數據和通信網絡中不可或缺，也正逐步應用於超低温量子鏈路中。

比利時微電子研究中心、魯汶大學及根特大學組成的研究團隊，對常見晶體鈦酸鍶進行結構重構，使其在低温下展現出卓越的電光性能。測試結果顯示，在-269.15℃下，該材料的普克爾係數高達350pm/V，創下目前所有薄膜電光材料在該温度下的最高紀錄。

普克爾係數反映了材料在外加電場下折射率變化的強度。係數越高，意味着每伏電壓對光的調製效率越高。在極低温條件下，大多數材料性能衰退，而改進後的鈦酸鍶薄膜卻逆勢增強。

該材料的“高響應、低損耗”特性，有助於製造更小型、光子損失更少的器件，推動下一代量子互連、調製器和傳感器的發展，最終實現超導處理器與光網絡之間的高效連接。

同期發表的另一項研究也表明，通過精確調控鈦酸鍶結構，其在4—5開爾文的低温下，對電場的響應變得極強且可調。兩篇論文共同揭示了鈦酸鍶材料性能的可控潛力，以及將其集成於低損耗、晶圓級光子芯片中的可行路徑。