隨著后摩爾時(shí)代信息技術(shù)的發(fā)展，高效的有源片上集成光子器件得益于其超快的傳輸速率、極低的能耗、強(qiáng)力的抗干擾能力以及豐富的調(diào)制手段，對(duì)推進(jìn)未來信息處理與計(jì)算科學(xué)領(lǐng)域的突破具有至關(guān)重要的意義。近年研究發(fā)現(xiàn)，鹵素全無機(jī)鈣鈦礦材料以其出色的光電特性和可調(diào)諧的帶隙而備受關(guān)注，尤其是在太陽能電池、LED和激光器等領(lǐng)域顯示了巨大的應(yīng)用潛力。

近日，復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院季力教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)出基于全無機(jī)鈣鈦礦的多功能集成光子器件，相關(guān)成果以《全無機(jī)鈣鈦礦多功能集成光子器件》（“Inorganic Perovskite-Based Active Multifunctional Integrated Photonic Devices”）為題發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。該研究通過精確控制材料的微結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性，成功集成了多種光子功能組件，如微激光器、光波導(dǎo)、調(diào)制器和探測(cè)器，為實(shí)現(xiàn)高度集成的光子電路和芯片提供了新的可能性。

研究團(tuán)隊(duì)通過化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)出高質(zhì)量的銫鉛溴（CsPbBr3）單晶鈣鈦礦薄膜，利用聚焦離子束刻蝕技術(shù)在單晶薄膜上精確地刻出不同形狀和尺寸的微納結(jié)構(gòu)，由此制備的微米線激光器展現(xiàn)出高度相干的光子型激射，其激射閾值為48.7 μJ/cm²，品質(zhì)因子高達(dá)2460。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步制備出多種多功能的集成光子器件，其中包括波導(dǎo)耦合器、Y型分束器、X型耦合器和馬赫-曾德爾干涉儀等。

該研究不僅展示了無機(jī)鈣鈦礦在傳統(tǒng)光電子器件中的應(yīng)用，諸如光子芯片上的信號(hào)生成、傳輸、分離和調(diào)制等功能，還展示了單晶薄膜作為光源和操作元件在半導(dǎo)體集成光子器件中的潛力，為未來的集成光子芯片提供了一種新的材料系統(tǒng)和制備方法。同時(shí)，這些光子器件還可以與其他功能元件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的光信號(hào)處理和邏輯運(yùn)算，為未來的集成光子學(xué)和量子信息技術(shù)的發(fā)展開辟了新的方向，包括新型光子計(jì)算、量子通信和傳感技術(shù)等。

研究團(tuán)隊(duì)表示，研究成果歸功于跨學(xué)科合作和先進(jìn)的制造技術(shù)，未來將繼續(xù)探索無機(jī)鈣鈦礦材料的新功能和應(yīng)用，以期在光子學(xué)和光電子學(xué)領(lǐng)域取得更多創(chuàng)新性成果。

圖片:a1913855-986c-437b-a2a4-a5b1af710637.jpg

圖1. CsPbBr3微米線激光器（標(biāo)度尺：3 μm），激射閾值48.7 μJ/cm2，品質(zhì)因子2460

圖片:2487bcd1-30c1-4d07-8cd3-0cf48391c7e7.png

圖2.集成光子器件從左至右：Y型分束器，X型耦合器，馬赫-曾德爾干涉儀（標(biāo)度尺：5 μm）

復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院教授季力、青年研究員胡申、教授孫清清為共同通訊作者，信息科學(xué)與工程學(xué)副研究員王俊為合作通訊作者，微電子學(xué)院博士生韓琦第一作者。

相關(guān)鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45565-9