鉭酸鉀铌酸鹽KTa1-xNbxO3(KTN)有巨大的電光效應，但是由於(yu) 其較低的透光率限製了KTN晶體(ti) 在功能器件中的国产成人在线观看免费网站。南開大學劉洪
亮老師課題組報道了由交流(AC)或直流(DC)電場引起的高光學透明度的觀察。
一方麵交流電場誘導KTN從(cong) 鐵電相快速相變到順電相，KTN與(yu) 其初始鐵電相相比具有高得多的透光率。另一方麵，直流電場導致所有
偶極簇的有效排列，以形成均勻的單疇鐵電態，實現沒有任何光學散射的高光學透明度。更重要的是，即使在關(guan) 閉所施加的直流電壓之
後，該單疇鐵電相中的高光學透明度也可以在某個(ge) 時間段內(nei) 保持得很好。在本實驗中還對比了有電場和無電場時KTN帶隙對透光率的
影響，發現交流電場下KTN的帶隙小於(yu) 直流電場下KTN的帶隙。這些發現對於(yu) 更好理解電場作用下的相變機製以及改進設備性能有重
要的意義(yi) 。
鉭酸鉀铌酸鹽是鉭酸鉀和铌酸鉀的固溶體(ti) ，由於(yu) 其在許多功能器件中的潛在国产成人在线观看免费网站而備受關(guan) 注。然而眾(zhong) 所周知，與(yu) 其他常規晶體(ti) 不同，生
長高質量的KTN晶體(ti) 極其困難，因為(wei) 在生長過程中涉及來自熔融成分的不同成分。到目前為(wei) 止，還沒有有效的方法來解決(jue) KTN質量問
題，這大大限製了它在功能器件中的實際国产成人在线观看免费网站。
這篇文章報道了在沒有電場的情況下，與(yu) 初始晶體(ti) 相比，由交流或直流電場引起的光學透明度的顯著改善。發現使用交流電場的相關(guan) 機
理與(yu) 使用直流電場完全不同。基於(yu) 劉洪亮老師課題組的結果，得出結論，交流電場誘導快速四方到立方相變，而直流電場引起所有偶極
簇的有效排列，以形成均勻的單疇鐵電狀態，即使在關(guan) 閉施加的直流電壓後，該狀態也可以非常好地保持至少35分鍾。順電立方和單
疇鐵電相都能夠實現高得多的光學透明度，這是由於(yu) KTN晶體(ti) 的高光學質量而沒有任何光學散射。為(wei) 了更好地理解吸收對透光率的影
響，還研究了有電場和無電場時的帶隙能量，發現交流感應的帶隙能量小於(yu) 直流電場感應的帶隙能量。
圖1（a）KTN樣品顯微圖像、透射光譜和拉曼光譜同時測量和分析的實驗係統示意圖。THL:鹵鎢燈；ccd:電荷耦合器件；BS:分束
器；OL:物鏡；IRT:紅外線溫度計；M:鏡子；S:光譜儀(yi) ；LS:激光源；NF:陷波濾波器；VS:電壓源。插圖顯示了樣品隨溫度變化的介電常
數。
如上圖為(wei) 劉洪亮老師課題組搭建的係統光路實驗圖。來自鹵鎢燈(THL)的一束白光被分束器(BS1)反射，然後通過另一個(ge) 分束器(BS2)和
物鏡(OL)照射到KTN樣品。透射光由分光計收集，以測量樣品的透光率光譜。同時，樣品的照明區域由OL成像到一個(ge) CCD相機上。對
於(yu) 拉曼測量，532納米的激光束被陷波濾波器和BS2重定向到OL，後者將激光束聚焦到樣品中。拉曼信號由同一個(ge) OL收集，並在從(cong) BS2
反射並通過NF後發送到另一個(ge) 光譜儀(yi) (S2，Nanobase XperRam200)。
用KTN樣品研究了外加交流電場對改善光傳(chuan) 輸的影響。從(cong) 如圖2(a)所示的顯微圖像中，我們(men) 觀察到鐵電疇結構(即90°疇)處於(yu) 初始階段
(無電場)在13.6℃，表明樣品為(wei) 其四方鐵電相。這也與(yu) 溫度相關(guan) 的介電常數(圖1(a)插圖)的實驗數據一致，然而，通過施加頻率為(wei)
20kHz的交流電壓，由於(yu) 介電損耗效應引起的快速溫度上升，鐵電疇結構立即消失(幾秒鍾內(nei) )。關(guan) 閉交流電場把溫度降到13.6℃之後(大
約在2分鍾內(nei) )，我們(men) 觀察到鐵電疇的更明顯的存在，由於(yu) 與(yu) 極化電荷相關(guan) 的自由能最小化，鐵電疇可以持續大約1小時。在上述三個(ge) 階
段，我們(men) 同時測量樣品的光學透射光譜，如圖2（b）所示。初始階段的樣品最大透射率為(wei) 85%。在第二階段，當打開交流電壓樣品透
明度變大，光學透射率達到95%，這是因為(wei) 交流電場有效去除了鐵電疇。在關(guan) 閉交流電壓的第三階段，由於(yu) 出現了更多引起光散射效
應的鐵電疇，樣品的透光率下降(約42%)。
為(wei) 了更好地理解與(yu) 透光率變化相關(guan) 的機理，我們(men) 進一步研究了樣品的拉曼光譜，如圖2(c)所示。三個(ge) 鐵電特征峰為(wei) 202 cm-1，
1278cm-1和553cm-1，分別對應A1(2TO)模式、B1+E(3TO)模式和A1(3TO)模式，這在沒有交流電場的初始階段和第三階段均發
現，證明這兩(liang) 種狀態處於(yu) 鐵電四方相。然而，在有交流電場的第二階段，位於(yu) 278cm-1的特征峰消失(如圖2(c)的插圖所示)，而另外兩(liang)
個(ge) 特征峰202 cm-1和553cm-1明顯變弱。這些變化表明樣品從(cong) 四方相轉變為(wei) 立方相，從(cong) 而導致光學透射率顯著提高(如圖2(b)所示)。
文章信息
這一成果以“High transparency induced by electric fields using KTN crystals”為(wei) 題發表的，南開大學大學武鵬飛教授和劉洪亮老
師為(wei) 論文的通訊作者。本研究中拉曼光譜使用的是昊量光電獨家代理的Nanobase XperRam S共聚焦光電測試係統。
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