能植入小白鼠大腦的功能小晶體 山東省科學院「十年磨一晶」打造

能植入小白鼠大腦的功能小晶體 山東省科學院「十年磨一晶」打造

◆導報記者>濟南報道

作為現代信息技術的基礎，功能晶體在激光技術、核能、半導體、計算機的應用中，都起到了核心的基礎材料作用。功能晶體的發展水平，直接關係到各領域的現代化程度。

近日，山東省科學院新材料研究所光轉換材料與技術重點實驗室歷時多年研製出的適合二次電光效應的KTN電光調製器件，從技術上打破了二次電光晶體材料難以實用的傳統認識，優化了晶體生長工藝。「較現有線性電光晶體相比，這項新技術使得調製效率提高了2個數量級。」在實驗室，指著一台演示中的KTN電光開關，該實驗室主任王旭平對經濟導報記者說。

電壓大降，易操控更安全

在實驗室，經濟導報記者看到，激光通過一個只有豆粒大小的立方形晶體，照射在終端的顯示板上，電壓不斷升高，達到100伏時，激光經過晶體映射到顯示板上的紅點逐漸變弱，直至消失。這是一個用電壓來控制激光的開關。此款電光開關的調製效率不僅遠高於機械控制開關，在性能上也大大優於普通的電光開關。

濟南晶眾光電科技有限公司，是位於濟南市高新區的一家專業從事激光光學器件研發、生產及銷售的高新技術企業，電光開關是其生產的產品之一。山東省科學院新材料研究所光轉換材料與技術重點實驗室與該公司合作開發的這款開關，只需百伏電壓就可自如控制激光開合，較以往生產的產品性能大大提升了。

「相比常用的幾千伏電壓，這款開關的電壓只有100伏，易操控，也更加安全。」王旭平說。

更重要的是，這款開關所使用的晶體材料較普通材料有了極大改進，尤為突出的表現是尺寸大大縮小了。王旭平用手指捏著這個只有豆粒大小的晶體展示給經濟導報記者看：「它的尺寸只有5毫米×3毫米×2毫米，比普通的體積減少了1/5。」

相比通常開關中使用的大塊頭晶體，這款開關在小型化和集成化的道路上遠遠走在了前面。

小小晶體功勞大

器件尺寸的縮小在實際應用中究竟有多麼重要呢？

已有生物醫學科研機構與省科學院光轉換材料與技術重點實驗室取得了聯繫，吸引他們的是該實驗室研發的晶體的小尺寸。「做實驗時植入小白鼠腦袋，大晶體是無法實現的，必須用這種小晶體。」王旭平解釋說。

別看這款晶體小，性能可一點不比大晶體差，因為它的電光係數大大提高了，小小一顆就能替代大晶體的所有功能。

在生物醫學領域，功能晶體的應用可謂廣泛。神經線的運動速度是每秒100米，有醫學研究機構找到王旭平，想利用他的新技術來捕捉神經線的運動軌跡。

「十年磨一晶。」小小尺寸的變化，凝聚的是大量的汗水和持之以恆的堅持。在技術改進上，王旭平和他的課題組付出了艱辛的努力。2005年開始，項目組開展了提拉法生長立方相KTN晶體的研究，近年來一直致力於改善KTN晶體的Kerr性能和光學質量研究。他們與北京大學、南開大學、中科院光電技術所等建立了緊密的合作關係，正分別開展基於KTN電光晶體應用於生物醫學、光波導和空間測距等領域的高精尖應用。

值得關注的是，當前，功能晶體正朝著複合化、功能器件一體化的方向發展，以滿足全固態激光「拓展波長」「超快」「超強」的發展趨勢。激光技術領域，高質量、大尺寸和高熱導率的激光晶體已引起廣泛關注；非線性光學晶體、新型閃爍晶體、壓電晶體、鐵電晶體以及電光晶體也成為國際科技界研究的重點。

研究表明，基於鉭鈮酸鉀晶體二次電光效應的光調製在降低驅動電壓、減小器件尺寸方面更具優勢，更能滿足未來激光器寬波段、小型化、集成化發展的需要。

改用鉬坩堝降低成本

2016年與山東晶瑞公司的合作，是王旭平的研究團隊在產業化道路上的又一次嘗試。

王旭平手拿一個裝有晶體的器皿向經濟導報記者展示：「這是做實驗用於生長晶體的白金坩堝，直徑8公分，價格就得十幾萬元。」

此前，晶瑞公司用於生產大尺寸晶體的器皿為銥坩堝，雖然價格較白金坩堝已大大降低，但是對企業來說，成本仍然很高：一個10公分口徑的銥坩堝就重達3-5公斤。

不僅如此，晶瑞公司還發現，用銥坩堝做生成晶體的器皿，在加熱過程中有揮發，會造成一定的損耗。如何才能降低生產成本呢？

在山東省科學院材料所研究團隊的幫助下，晶瑞公司通過技術攻關，改用鉬坩堝做器皿，成本大大降低。「鉬坩堝生長大尺寸YAG激光晶體技術成功降低了該晶體的製備成本，為該公司年增產值近千萬元。」王旭平說。

據他透露，今後他們還將繼續整合相關優勢單位，開展KTN系列晶體製備及其器件設計和應用研究。

業內預計，上述項目實施後市場前景廣闊，同時可帶動全省在全固態激光技術產業，乃至後續激光照明、激光顯示燈領域的發展，提升山東省在激光領域的技術創新能力。同時，本項目的實施還可形成示範產業，推動相關優勢學科方向加快從實驗室到商品化的過渡進程，進而推動全省相關產業的發展。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！