31 okt. 2025
1 minuut
Bij temperaturen dicht bij het absolute nulpunt laten de meeste elektro-optische materialen het afweten. Het Leuvense onderzoekscentrum imec heeft nu een dunne film van strontiumtitanaat (SrTiO₃) ontwikkeld die ongeziene elektro-optische prestaties combineert met lage optische verliezen bij een temperatuur van 4 kelvin. Deze doorbraak kan de ontwikkeling versnellen van een nieuwe generatie kwantumtoepassingen.
B. Beeld van een transmissie-elektronenmicroscoop waarin de eenheidscel van het SrTiO₃-kristal te zien is.
C. In die cel werd een effectieve Pockels-coëfficiënt van 345 picometer per volt gemeten, de hoogste waarde die ooit is gerapporteerd voor een dunne-film elektro-optisch materiaal bij een temperatuur van 4 kelvin.
Elektro-optische circuits worden steeds vaker ingezet bij ultralage temperaturen voor kwantumtoepassingen. Kwantumcomputers en -detectoren werken bij temperaturen dicht bij het absolute nulpunt (-273 °C). In die omstandigheden kunnen veel materialen licht niet meer efficiënt sturen, terwijl dat juist cruciaal is om informatie te coderen, door te geven en om te zetten in elektro-optische circuits.
In een recente publicatie in Science rapporteren imec-onderzoekers, in een samenwerking met KU Leuven en Universiteit Gent, hoe zij een dunne film van strontiumtitanaat (SrTiO₃) hebben geoptimaliseerd bij dergelijke lage temperaturen.
Het team onder leiding van Christian Haffner demonstreert een effectieve Pockels-coëfficiënt van 345 picometer per volt, de hoogste waarde die ooit is gerapporteerd voor een dunne-film elektro-optisch materiaal bij een temperatuur van 4 kelvin. De Pockels-coëfficiënt geeft aan hoeveel de brekingsindex verandert wanneer een elektrisch veld wordt aangelegd. Hoe groter de Pockels-coëfficiënt, hoe efficiënter licht per volt gemoduleerd kan worden.
Waar de meeste materialen bij ultralage temperatuur minder goed presteren, doet deze geoptimaliseerde strontiumtitanaat-dunnefilm het juist veel beter dan bij kamertemperatuur. Bovendien vertoont het daarbij slechts beperkte optische verliezen.
Nieuwe toepassingen
De doorbraak opent de deur naar tal van nieuwe toepassingen: met een elektro-optisch materiaal dat in dunne-filmvorm en bij extreem lage temperaturen recordprestaties levert, kan een nieuwe generatie van kwantum-interconnects, modulatoren en transducers worden gebouwd, die op termijn supergeleidende processors met optische netwerken kunnen verbinden.
De resultaten worden gelijktijdig gepubliceerd met een tweede studie waaruit blijkt dat de elektro-optische respons van strontiumtitanaat bij 4 à 5 K specifiek kan worden bijgestuurd en uitgebreid. Dat onderzoek werd geleid door een team aan Stanford, maar gebeurde in nauwe samenwerking met wetenschappers van het imec. Samen laten de twee publicaties zien hoe sterk de prestaties van strontiumtitanaat kunnen worden opgedreven en gestuurd, én hoe het materiaal kan worden geïntegreerd als dunne film op wafers voor de productie van fotonische chips.
Het laatste nieuws
Anderen lazen ook
