近日，科技部發(fā)布了《2020年度中國科學(xué)十大進(jìn)展》，其中與微電子相關(guān)的具有超高壓電性能的透明鐵電單晶的研發(fā)被列入在內(nèi)，該科學(xué)項(xiàng)目的突破由西安交通大學(xué)徐卓教授研究團(tuán)隊(duì)所實(shí)現(xiàn)。透明鐵電單晶為研制高性能電光調(diào)制器、光學(xué)相控陣和量子光學(xué)器件提供了一種全新的關(guān)鍵材料。

在應(yīng)用中，該材料可大幅提升光聲成像系統(tǒng)在乳腺癌、黑色素瘤和血液疾病診斷中的成像分辨率。這種具有優(yōu)異電光、聲光和聲－光－電耦合效應(yīng)的單晶材料，有望進(jìn)一步開辟更多新的應(yīng)用領(lǐng)域。

高壓電性透明鐵電單晶與傳統(tǒng)鐵電單晶的對比

這一科學(xué)研究是近20年來的一次新的突破。介紹中提出，弛豫鐵電單晶[Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3, PMN－PT]具有優(yōu)異的壓電效應(yīng)，已廣泛應(yīng)用于超聲成像、聲吶裝備和微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）等領(lǐng)域。然而，自其發(fā)現(xiàn)20多年以來，壓電性能就再?zèng)]有新的突破，并且由于鐵電疇壁的存在，導(dǎo)致其透光率低，無法滿足當(dāng)前壓電器件多功能、高靈敏度的發(fā)展需求。

西安交通大學(xué)徐卓教授研究團(tuán)隊(duì)揭示了弛豫鐵電單晶高壓電效應(yīng)的起源，研發(fā)出了釤摻雜的PMN－PT單晶，其壓電性能超過4000 pC/N，相比未摻雜單晶提高了一倍。

在此基礎(chǔ)上，他們利用電疇結(jié)構(gòu)調(diào)控，消除了單晶中對光起散射作用的鐵電疇壁，首次在PMN－PT單晶中同時(shí)獲得了高壓電性和高透光性，突破了長期以來二者難以共存的國際難題。其壓電系數(shù)比現(xiàn)有的透明壓電單晶LiNbO3提高了100倍，電光系數(shù)最大可提高40倍，同時(shí)還具有更高的抗光損傷閾值和非線性光學(xué)效應(yīng)。

除此之外，其他九項(xiàng)科技術(shù)進(jìn)展分別是：我國科學(xué)家積極應(yīng)對新冠肺炎疫情取得突出進(jìn)展、嫦娥五號首次實(shí)現(xiàn)月面自動(dòng)采樣返回、“奮斗者”號創(chuàng)造中國載人深潛新紀(jì)錄、揭示人類遺傳物質(zhì)傳遞的關(guān)鍵步驟、2020珠峰高程測定、古基因組揭示近萬年來中國人群的演化與遷徙歷史、大數(shù)據(jù)刻畫出迄今最高精度的地球3億年生物多樣性演變歷史、深度解析多器官衰老的標(biāo)記物和干預(yù)靶標(biāo)、實(shí)驗(yàn)觀測到化學(xué)反應(yīng)中的量子干涉現(xiàn)象。（校對/諾離）