纳米尺度铌酸锂的载流子输运和光电性能研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11774182
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    73.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2202.光与物质相互作用
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Lithium niobate is a kind of excellent multi-functional opto-electrical artificial material and is regarded as silicon of photonics, which has various important applications on electro-optical modulation, waveguide devices, nonlinear optical frequency conversion, and so on. However, for bulk lithium niobate, it is still suffered from the bottleneck problems such as optical damage at high light intensities, slow response rate and the inefficiency and difficulty to exploit the photovoltaic effect. These problems are directly related to the charge carrier transport properties in lithium niobate, especially in the characteristics of a low conductivity due to its large bandgap, which is very difficult to be adjusted in practice. Since the mean transport length of charge carriers such as electrons and holes is typically of the order of nanometers in lithium niobate, therefore, the charge carrier transport processes in nano-scale lithium niobate are expected to be very different from those of bulk lithium niobate. This provides the possibility to solve the above bottleneck problems in bulk lithium niobate. In this project, we will study the charge carrier transport processes and electro-optical properties of nano-scale lithium niobate. Novel techniques will be developed to fabricate nano-scale structures such as stable nano-scale ferroelectric domain and domain well and nano-scale waveguides based on lithium niobate. We will study the ways to modulate the charge carrier transport behaviors in nano-scale lithium niobate, and try to enhance the electro-optical response of nano-scale lithium niobate, which will pave the way for novel potential applications of nano-scale lithium niobate in intergrated optics, nano-opto-electronics and photovoltaics.
铌酸锂晶体是一种性能优良的多功能光电材料,被称为光子学硅,在电光调制、波导器件、非线性频率变换等领域已经获得了广泛的应用。然而铌酸锂体材料仍然存在光损伤、响应速度慢以及光伏效应无法有效利用等一系列实际应用的瓶颈问题。这些问题均与铌酸锂中载流子的输运性质有关,主要体现在铌酸锂体材料的电导率极低,且禁带宽从而极难调控。鉴于铌酸锂晶体载流子输运的自由程等特征长度一般在纳米尺度,因此,纳米尺度铌酸锂结构中的载流子输运行为将迥异于铌酸锂体材料,从而有可能解决铌酸锂晶体在实际应用中的上述瓶颈问题。本项目将主要研究纳米尺度铌酸锂的载流子输运行为及其光电性质,发展制备稳定纳米畴和畴壁、纳米波导等纳米尺度铌酸锂结构的新技术,研究纳米尺度铌酸锂中载流子输运行为的调控方法,增强纳米尺度下铌酸锂的光电响应性能,从而为纳米尺度铌酸锂结构在集成光学、纳米光电子学以及光伏能源领域的新应用奠定基础。

结项摘要

本项目主要围绕铌酸锂纳米结构的制备、纳米尺度铌酸锂结构中的载流子输运行为及其光电性质开展研究,取得了以下系列成果:(1)发展了晶体预热处理技术,提高了铌酸锂单晶薄膜铁电畴结构的温度稳定性。利用原子力显微镜高压探针极化铌酸锂单晶薄膜,发展了两步极化技术,消除了铌酸锂单晶薄膜的反常极化效应,获得了直径约为30nm的稳定的铌酸锂点畴结构。(2)采用原子力显微镜高压探针极化技术和外电场极化技术,分别成功制备出n型head-to-head型导电畴壁和p型tail-to-tail型导电畴壁,其电导率可达10^{-6} /欧姆.厘米 - 10^{-4} /欧姆.厘米的量级,相较于铌酸锂体畴的电导率提高了至少5-6个数量级。(3)采用两步极化反转方法成功制备出了几十纳米宽度的新型n型和p型铌酸锂表面纳米畴壁结构,其电导率可达10^{-6} - 10^{-7}/欧姆.厘米的量级。(4)成功制备出周期极化铌酸锂微腔、铌酸锂啁啾光栅耦合器、掺Er铌酸锂微腔和波导等微纳结构,实现了高效的非线性频率转换、光耦合、微腔激光和波导光放大器等光电功能。. 本项目在执行期间,在Light: Sci. & Appl.、Opt. Lett.、Opt. Express、Photon. Res.、Phys. Rev. A、Adv. Sci.和Sci. China-Phys. Mech. Astron.等学术刊物共发表论文19篇,获得授权中国发明专利3项,在国内国际学术会议上做邀请报告3次。培养博士2名,硕士1名。

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Feasibility of quasicritical coupling based on LP modes and its application as a filter with tunable bandwidth and stable insertion loss
基于LP模式的准临界耦合的可行性及其作为带宽可调和插入损耗稳定的滤波器的应用
  • DOI:
    10.1364/oe.27.023610
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Li Xiaoting;Chang Pengfa;Huang Ligang;Zhang Wending;Gao Feng;Bo Fang;Zhang Guoquan;Xu Jingjun
  • 通讯作者:
    Xu Jingjun
Improvement on Thermal Stability of Nano-Domains in Lithium Niobate Thin Films
铌酸锂薄膜中纳米域热稳定性的提高
  • DOI:
    10.3390/cryst10020074
  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
    Crystals
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Jiao Yuejian;Shao Zhen;Li Sanbing;Wang Xiaojie;Bo Fang;Xu Jingjun;Zhang Guoquan
  • 通讯作者:
    Zhang Guoquan
On-chip erbium-doped lithium niobate microring lasers
片上掺铒铌酸锂微环激光器
  • DOI:
    10.1364/ol.425178
  • 发表时间:
    2021-07-01
  • 期刊:
    OPTICS LETTERS
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Luo, Qiang;Yang, Chen;Xu, Jingjun
  • 通讯作者:
    Xu, Jingjun
Dual-periodically poled lithium niobate microcavities supporting multiple coupled parametric processes
支持多个耦合参数过程的双周期极化铌酸锂微腔
  • DOI:
    10.1364/ol.393244
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Optics Letters
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Zhang Li;Hao Zhenzhong;Luo Qiang;Gao Ang;Zhang Ru;Yang Chen;Gao Feng;Bo Fang;Zhang Guoquan;Xu Jingjun
  • 通讯作者:
    Xu Jingjun
Microdisk lasers on an erbium-doped lithium-niobite chip
掺铒锂铌矿芯片上的微盘激光器
  • DOI:
    10.1007/s11433-020-1637-8
  • 发表时间:
    2021-03-01
  • 期刊:
    SCIENCE CHINA-PHYSICS MECHANICS & ASTRONOMY
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Luo, Qiang;Hao, ZhenZhong;Xu, JingJun
  • 通讯作者:
    Xu, JingJun

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其他文献

片上铌酸锂薄膜激光器研究进展
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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聚己内酯/聚三亚甲基碳酸酯静电纺丝支架材料对巨噬细胞表型极化的影响
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    张文定

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张国权的其他基金

基于铌酸锂导电畴壁的pn结及其光探测应用
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  • 项目类别:
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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