中科院牵头的技术突破对半导体微纳加雷火竞技工和光刻非常重要

　　雷火竞技雷火竞技雷火竞技图 1.a） 磁光测量的光学设置示意图。b） 预涂有紫外激发紫色荧光粉的图案纸的照片，磁性范围为 0 T 至 0.8 T，间隔为 0.2 T（白色箭头表示偏振片的透射轴）。深紫外光的波长设置为 303 nm。c） 正向和反向扫描中透射的深紫外光与磁场的强度。插图：在没有0.8 T磁场的情况下透射的DUV光的偏振。 d）通过控制永磁体之间的距离进行DUV调制。资料来源：徐友安、丁宝福、黄子阳、戴立新、刘鹏、李冰、蔡伟、程慧明和刘碧璐

　　基于双折射的光调制器的工作波长范围为 350 nm，在深紫外光束整形、高密度数据存储、半导体微纳加工和光刻方面发挥着至关重要的作用。实际上，一系列DUV双折射材料，包括α-BBO，MgF2，Ca（BO2）2和α-SnF2的单晶，已经制成并投入商业使用。然而，这些双折射元件具有固定的双折射，限制了它们的连续光调制能力。

　　液晶（LCs）是另一种双折射材料，其中双折射通过外部电或磁刺激的分子排列可调谐。到目前为止，常用的LC主要基于有机分子或聚合物，由于光化学降解效应，在DUV光下不稳定。同时，DUV还可以诱导一些有机基团中的自由基，并引发其聚合，从而扰乱LC的排列和由此产生的双折射。因此，有机液相色谱不能调节深紫外光。

　　在《光科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中，由中国科学院深圳先进技术研究院的程慧明教授和丁宝福副教授、西安高工研究院蔡伟教授、清华大学刘碧璐教授带领的三个科学家团队采用湿化学方法合作合成了二维（2D）无机掺杂钛酸钴（CTO）LC。2D LC具有大的磁性和光学各向异性，以及在300~350nm波长下70%的高透射率，能够以磁性和便携式方式进行透射的DUV调制（图1）。

　　图 2.a） 透射深紫外强度的可逆性测试。插图：场强对应，间隔为 0.1 T，从 -0.8 T 到 0.8 T。 b） 透射 DUV 光的瞬态磁光信号（上图）响应峰值强度为 1.3 T 的磁脉冲（下图）。c） 关于 2D CTO LC 调制器稳定性的循环测试：透射 DUV 光（上图）的时间依赖强度，因为 ±0.8 T 的磁场每 10 秒周期性地打开和关闭（下图）。d） 在连续深紫外照射下透射强度与暴露时间的疲劳测试300分钟。0.8 T 的磁场保持开启状态。深紫外光强度：200 mW cm⁻⊃2;。资料来源：徐友安、丁宝福、黄子阳、戴立新、刘鹏、李冰雷火竞技、蔡伟、程慧明和刘碧璐

　　图2总结了基于2D CTO LC的DUV调制器所需的性能，其良好的可逆性、毫秒级的快速响应、出色的耐用性和DUV稳定性证明了这一点。

　　2D CTO LC的磁双折射效应使其适用于柔性DUV双折射光学水凝胶的制备。通过在2D CTO悬浮液中加入少量单体和光引发剂，通过施加磁场的紫外光固化制备了DUV双折射水凝胶。

　　一旦水凝胶完成，磁性排列的2D CTO纳米片可以固定在水凝胶内部，并且它们的所有长轴相互平行，即使在去除磁场后也是如此。CTO水凝胶可以用作透明的机械光学晶体，通过它可以原位调制DUV光，而无需以机械方式改变方向（图3）。基于2D CTO的水凝胶是第一个能够以机械方式连续调节DUV光的双折射可调元件。

　　图 3.a） CTO水凝胶（左）及其制造过程方案（右）的照片雷火竞技。b） CTO水凝胶的压应力-应变曲线。c）水凝胶在光传播方向上的单轴压缩引起的相位延迟。d） 压缩过程中深紫外调制的可逆性和稳定性的循环测试。e-g）类似于b-d，但呈现拉伸的过程雷火竞技。资料来源：徐友安、丁宝福、黄子阳、戴立新、刘鹏、李冰、蔡伟、程慧明和刘碧璐

　　这项工作可以将目前用于可见光和红外区域的双折射可调光学器件扩展到DUV区域，这对于高密度数据存储，半导体微纳加工和光刻非常重要。