飞秒激光“刀”微纳米尺度展现“雕花”功夫( 二 ) 本文转自：科技日报飞秒激光

近年来，钙钛矿成为光学领域的“新贵” ，这种纳米级别的半导体材料，凭其特殊的发光性能，在显示及照明等领域展现出巨大的应用潜力。
本次研究中，研究团队利用三维直接光刻技术，尤其是飞秒激光脉冲引起的局部熔化和随后的结晶，在掺杂金属氧化物玻璃中制备了可调成分和带隙的钙钛矿纳米晶。
据了解，超快激光聚焦到玻璃内部时，会在焦点附近产生超高电场、超高温度、超高压力等现象。基于这一原理，在局部高温高压下，超快激光焦点处微米尺寸范围内的玻璃会出现纳米相分离，简单说来就是玻璃熔化后，会在局部区域出现纳米尺度的新的相。
论文共同通讯作者、之江实验室光电智能计算研究中心专家谭德志博士介绍，通过调节激光参数，改变焦点范围内的温度和压力，就能够对纳米相的组成元素进行调节。通过控制激光辐照时间，则能让纳米相与周围熔化的玻璃基质之间进行离子交换，从而进一步调控纳米相的组成元素。切断激光之后，这些分散的纳米相就会发生晶化，形成一颗颗纳米晶。
研究团队经实验发现，飞秒激光可以在无色透明玻璃内实现带隙可控、任意调整形状的三维半导体纳米晶结构。期间，还需要烧制均匀透明、适合飞秒激光加工的前驱体玻璃，验证这一理想的3D雕刻工艺。
“如果玻璃里面有一点气泡、结石或者条纹就会影响折射率分布，最终导致基于多光子效应的光与玻璃相互作用效果的剧烈变化。” 邱建荣说。
新器件集成存储显示等功能
现代人的日常工作和生活正在被各种屏幕包围：手机、电脑、电视、腕表……但这些都属于二维屏幕。是否可能通过材料创新改进屏幕装置，实现真正的三维立体显示？
“利用激光直接改变纳米晶的发光颜色，实现从蓝光到红光连续可调，也是此次研究的突破之一。在这之前，在材料内部写入发光连续可调的微纳结构几乎是超乎想象的。”谭德志表示。
谭德志补充道，钙钛矿存在稳定性差的缺陷，光照、热处理、氧气、水蒸气等，都会使其从光电性能良好的钙钛矿结构转化为非钙钛矿结构，所以必须经过严苛的封装处理。此次研究团队实现在玻璃内激光直写，因此无需封装。
据悉，研究团队此次形成的纳米晶在紫外线照射、有机溶液浸泡和250摄氏度高温环境中均表现出显著的稳定性，展示了这种3D结构纳米材料在光存储、Micro-LED和全息显示方面的应用性能。
此次研究中，研究团队还将全息显示应用在通过飞秒激光诱导的钙钛矿纳米晶三维可控分布的无色透明的复合材料中，点亮三维分布的量子点，首次实现了动态立体彩色全息显示。
为了进一步展示该技术的特点，研究团队在微米级精度内实现了应用于多维信息编码和防伪的钙钛矿纳米晶彩色图案化，以及在一块Cl—Br—I共掺杂玻璃内部的全彩色发光图案和3D微螺旋直写以及三维全息显示。
由于超快激光诱导的液相纳米分离只发生在玻璃内部的局部位置，三维激光直写技术排除了材料合成和器件加工过程中有机组分（试剂和溶剂）的污染。此外，稳定性实验表明该类器件可以在各种环境中长期使用。
【飞秒激光“刀”微纳米尺度展现“雕花”功夫】“此次技术成果可以减少纳米晶及其光电器件的制备工序，且所有过程不涉及任何有机物，大大降低成本，同时提高了材料与器件的稳定性。”谭德志表示，研究表明纳米晶玻璃在高密度数据存储、Micro-LED、3D显示、全息显示等多个领域都将大有可为。