作为电光材料的复合有机-无机钙钛矿结构晶体制造技术

一类晶体包括无机晶格，有机分子嵌入所述无机晶格中，从而实现宏观电光响应。所述晶格基于金属卤化物钙钛矿结构。所述有机分子可以具有本征偶极子，使得当在所述无机晶格中对齐和固定到位时，它们在宏观晶体中产生电光响应。或者，所述有机分子仅仅存在于结构中就可以在支架本身中产生足够的极性，以获得类似的响应。所述分子本身可以包括完全导电、部分导电或不导电的碳链，以及实现与晶格键合和增强极性的零个、一个或两个官能团。一个或两个官能团。一个或两个官能团。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】作为电光材料的复合有机
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无机钙钛矿结构晶体
[0001]相关申请交叉引用
[0002]本申请要求于2020年10月9日提交的申请号为17/067,213、专利技术名称为“作为电光材料的复合有机
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无机钙钛矿结构晶体(HYBRID ORGANIC
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INORGANIC PEROVSKITE
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STRUCTURED CRYSTALS AS ELECTRO
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OPTIC MATERIALS)”的美国专利申请以及2020年6月26日提交的申请号为63/044,883、专利技术名称为“作为电光材料的复合有机
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无机钙钛矿结构晶体(HYBRID ORGANIC
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INORGANIC PEROVSKITE
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STRUCTURED CRYSTALS AS ELECTRO
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OPTIC MATERIALS)”的美国专利申请的权益和优先权，其全部内容通过引用并入本文中。


[0003]本专利技术大体上涉及电光材料领域，尤其涉及电光效应改进(尤其是电光系数更大)的特定晶体结构。

技术介绍

[0004]传统的片上光调制器是使用硅p
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n结制造的。这些调制器能够提供硅光子应用所需的速度和调制深度。然而，基于p
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n结的调制器通常导致高光损耗，并且通常需要大的占用空间。替代材料和设备是可用的，但它们有自己的局限性。具体地，有机电光材料可以提供所有所需的性能特性，但由于材料不稳定，它们失去了优势。其他材料包括无机晶体，如LiNbO3，但这一类材料集成到硅光子架构中的能力受限。
[0005]因此，需要一种可以通过提供硅光子应用所需的速度和调制深度、低光学损耗、标准操作条件下的稳定性以及与硅光子架构的兼容性来消除或减少现有技术中一个或多个局限性的材料，具体是因为该材料可以在硅光子芯片上实现占用空间小的调制器。
[0006]
技术介绍
的目的是揭示申请人认为可能与本专利技术相关的信息。没有必要承认也不应解释任何前述信息构成与本专利技术相对的现有技术。

技术实现思路

[0007]本专利技术涉及一类新的材料，这种材料可以将无机材料的稳定性与某些能够与硅光子芯片集成的有机材料的高电光(electro
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optic，EO)性能结合起来。新的EO材料能够提供高效率，从而使得光子芯片的占用空间更小。
[0008]与有机EO材料类似，新的有机
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无机EO材料的EO响应是由分子碳链上的受体和供体基团提供的。该碳链可以固定在钙钛矿结构内。在一些实施例中，使用2.5维钙钛矿结构。在一些实施例中，可以使用二维(two
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dimensional，2D)钙钛矿结构。无机钙钛矿支架的稳定性和钙钛矿内部EO分子的设计相结合，可以产生新材料的稳定、高效性能。
[0009]一些实施例可以掺入有机分子，其中，有机分子被设计成功能性以在所述钙钛矿晶体中产生大的宏观偶极矩。
[0010]此外，在本专利技术的实施例中，将有机分子结合到支架上的配体可以设计为非中心对称(但不是必须)，有助于大的本征偶极子和相应大的EO响应。配体及其产生偶极子的官
能团的设计有一个限制，即它需要能够适应无机支架。也没有提出用于这些目的的配体的合理设计。
[0011]以下实施例描述了杂交分子嵌入的钙钛矿结构晶体的不同构型和设计。
附图说明
[0012]图1示出了无机钙钛矿结构支架的实施例，其中，在所述无机钙钛矿结构支架中已经嵌入有机分子，每个有机分子具有两个官能团。每个分子的定向使其纵向极化平行于a轴。
[0013]图2示出了无机钙钛矿结构支架的实施例，其中，在所述无机钙钛矿结构支架中已经嵌入有机分子，每个有机分子具有一个官能团。每个分子的定向使其纵向极化平行于a轴。
[0014]图3示出了无机钙钛矿结构支架的实施例，其中，在所述无机钙钛矿结构支架中已经嵌入两个有机分子，每个有机分子具有两个官能团。分子的定向使得，大约一半分子的纵向极化平行于a轴，大约一半分子的纵向极化反平行于a轴，并且这两个定向都是均匀分布的，抵消了沿着a轴的任何宏观偶极子。此外，由于每个边组沿着c轴指向相同的方向，因此近似沿着c轴创建极化。
[0015]图4示出了无机钙钛矿结构支架的实施例，其中，在所述无机钙钛矿结构支架中已经嵌入有机分子，每个有机分子具有一个官能团。分子的定向使得，大约一半分子的纵向极化平行于a轴，大约一半分子的纵向极化反平行于a轴，并且这两个定向都是均匀分布的，抵消了沿着a轴的任何宏观偶极子。此外，由于每个边组沿着c轴指向相同的方向，因此近似沿着c轴创建极化。
[0016]图5示出了无机钙钛矿结构晶体的实施例，其中，在所述无机钙钛矿结构晶体中已经嵌入有机分子。分子以相同的方向排列，并产生钙钛矿结构晶体无机层内原子排列的扭曲结构。原子位移的扭曲结构并不依赖于分子偶极子，但它们可以被分子侧基增强。
[0017]图6A示出了包括受体官能团和供体官能团的有机分子。
[0018]图6B示出了受体
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供体分子不固定在支架中并在净极化降低时经历自发重新定向的场景。
[0019]图6C示出了受体
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供体分子固定在钙钛矿支架中的构型。
[0020]图6D示出了本专利技术实施例提供的三种不同的有机分子。
[0021]图7A示出了包含PbBr4的晶格结构与本专利技术掺入的有机分子的杂化材料的一个实施例。
[0022]图7B从另一个角度示出了包含PbBr4的晶格结构与本专利技术掺入的有机分子的杂化材料的一个实施例。
[0023]图7C示出了本专利技术实施例提供的样品的x射线衍射光谱。
[0024]图7D示出了本专利技术的样品实施例在温度范围内的x射线衍射光谱。
[0025]图8A示出了由密度泛函理论计算软件表示的本专利技术的实施例。
[0026]图8B示出了与图8A相同但另一角度下的实施例。
[0027]图8C示出了由密度泛函理论计算软件表示的本专利技术的另一个实施例。
[0028]图8D示出了由密度泛函理论计算软件表示的本专利技术的又一个实施例。
[0029]图9为图8A、图8B、图8C和图8D的实施例的理论贝瑞相位极化值的表。
[0030]图10示出了用于测量样品晶体的电光系数的光学设置。
[0031]图11为本专利技术的一个实施例提供的极化对杂化材料的电光系数的影响的曲线图。
[0032]图12为在示例性样品上施加调制电压的影响的曲线图。结果表示为由光电检测器测量波长为1.55微米的极化光束产生的电压，该极化光束通过样品传输。
具体实施方式
[0033]本专利技术的实施例需要一类新的紧密相关的高性能电光(electro
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optic，EO)材料，其光学损耗足够低，以至于E本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种结晶材料，其特征在于，包括：M个无机结晶材料层；N个有机分子层，其中，所述有机分子相对于所述无机材料层排列以形成晶体结构，每个有机分子层与所述无机结晶材料层中的至少一层相邻，使得所述结晶材料是电光响应的。2.根据权利要求1所述的结晶材料，其特征在于，所述无机结晶材料包括钙钛矿结构晶格。3.根据权利要求2所述的结晶材料，其特征在于，所述钙钛矿结构晶格的晶格位置被金属和卤化物占据。4.根据权利要求1所述的结晶材料，其特征在于，所述结晶材料包括有机三卤化铅钙钛矿结构晶格。5.根据权利要求1所述的结晶材料，其特征在于，所述结晶材料包括降维有机三卤化铅钙钛矿结构晶格。6.根据权利要求1所述的结晶材料，其特征在于，所述排列的有机分子键合到无机层上，并在无机层之间形成桥。7.根据权利要求1所述的结晶材料，其特征在于，有机分子包括初级碳原子链。8.根据权利要求1至7中任一项所述的结晶材料，其特征在于，所述有机分子包括具有本征偶极子的有机分子。9.根据权利要求8所述的结晶材料，其特征在于，所述具有本征偶极子的有机分子在所述无机层中产生原子位移，从而在所述结晶材料中产生可观察到的宏观电光响应。10.根据权利要求8所述的结晶材料，其特征在于，所述有机分子包含...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒尔德，
申请(专利权)人：华为技术加拿大有限公司，
类型：发明
国别省市：