新型钛酸锶薄膜低温电光性能创新高

科技日报记者 刘霞

在接近绝对零度，如4开尔文（约-269.15℃）的极低温度下，大多数电光材料都会“失灵”，性能急剧下降。在一项最新研究中，比利时科学家研发出一种新型钛酸锶（SrTiO3）薄膜，在极低温条件下不仅光损耗低，还实现了创纪录的电光性能，有望为量子模块提供更高效的光控组件。相关论文发表于新一期《科学》杂志。

量子计算机与探测器通常运行在接近绝对零度环境。在这种极端条件下，常温材料难以有效调控光信号。而光调控恰恰是信息编码、路由与转换的关键，不仅在常温数据和通信网络中不可或缺，也正逐步应用于超低温量子链路中。

比利时微电子研究中心、鲁汶大学及根特大学组成的研究团队，对常见晶体钛酸锶进行结构重构，使其在低温下展现出卓越的电光性能。测试结果显示，在-269.15℃下，该材料的普克尔系数高达350pm/V，创下目前所有薄膜电光材料在该温度下的最高纪录。

普克尔系数反映了材料在外加电场下折射率变化的强度。系数越高，意味着每伏电压对光的调制效率越高。在极低温条件下，大多数材料性能衰退，而改进后的钛酸锶薄膜却逆势增强。

该材料的“高响应、低损耗”特性，有助于制造更小型、光子损失更少的器件，推动下一代量子互连、调制器和传感器的发展，最终实现超导处理器与光网络之间的高效连接。

同期发表的另一项研究也表明，通过精确调控钛酸锶结构，其在4—5开尔文的低温下，对电场的响应变得极强且可调。两篇论文共同揭示了钛酸锶材料性能的可控潜力，以及将其集成于低损耗、晶圆级光子芯片中的可行路径。