首次研制高穩定DUV光調制器，順手發一篇Nature Nanotechnology！

一、【導讀】

雙折射是一種基本的光學特性，它可以誘導偏振光的相位延遲。它最初是在1669年由Rasmus Bartholin等人發現，但直到19世紀才被人們進行很好的解釋。許多微觀生物、天然晶體和人造產物，如變形蟲、方解石單晶材料、冰花和液晶（LCs）均具有較大的雙折射系數。雙折射是幾種顯示器、光調制器、全息成像儀、光學鑷子和偏振導航器的工作原理。例如，在光調制器的環境下，利用外部刺激可以精細和穩定地調諧雙折射，使偏振、相位延遲、強度或光譜的連續調制成為可能。調諧液晶的雙折射是目前可見光和紅外光譜應用中的光操縱的一項核心技術。盡管可調諧雙折射在不同的應用領域具有重要意義，但由于常規液晶在深紫外光（DUV，< 350 nm）下的強吸收或不穩定，因而可調諧雙折射在這一領域仍不明確。

二、【成果掠影】

近日，清華大學深圳國際研究生院丁寶福研究員、劉碧錄副教授、成會明院士等人基于二維六方氮化硼（h-BN），研制了一種穩定的、可調雙折射效應的DUV光調制器。二維h-BN具有高達6.5×10^-12 C² J^-1 m^-1的光學各向異性因子，使其磁雙折射系數達到8.0×10⁶ T^-2 m^-1，比其他潛在的深紫外透明介質的系數高出約5個數量級。二維h-BN具有超高的磁雙折射系數，且在270次循環后功率保留率達到99.7%，顯示出了高的穩定性，使其在深紫外光調制器中具有廣泛的應用前景。相關研究成果以題為“Magnetically tunable and stable deep-ultraviolet birefringent optics using two-dimensional hexagonal boron nitride”發表在知名期刊Nature Nanotechnology上。

三、【核心創新點】

1、由于二維h-BN具有特殊的形狀各向異性、光學和磁性性質，使得h-BN顯示出巨大的雙折射效應，比其他透明DUV雙折射介質高出5個數量級。

2、二維h-BN具有超高的磁雙折射系數，且在270次循環后功率保留率達到99.7%，顯示出了高的穩定性，

四、【論文掠影】

圖一、二維h-BN懸浮液的磁雙折射效應

（a-c）二維h-BN的橫向尺寸、厚度和體積分布。

（d）二維h-BN LC基磁光器件的工作機理和光學設置示意圖。

（e）白光背光填充2.4?×?10^-3 vol% h-BN水溶液懸浮液的比色皿的照片。

（d）不同磁場下TBSI SGC和熊貓圖像h-BN懸浮液的圖像。

圖二、磁場誘導二維h-BN無機LC層的取向和磁雙折射

（a）在0.8 T的磁場下，偏振方向平行于（∥）、垂直于（?）的二維h-BNLC屏的偏振光透過率。

（b）輸出光的偏振態演化。

（c）有無磁場時h-BN層壓板的照片。

（d）在0-0.8 T范圍內的磁雙折射。

（e）在0-0.06 T的低范圍內，雙折射與磁場平方的關系。

圖三、二維h-BN無機LC基DUV調制器的性能研究

（a）UV-C光（266 nm）的開關。

（b）266 nm透射光激發紅、綠、藍熒光染料的光致發光。

（c）266 nm透射光強與0-0.8 T范圍內0.2 T間隔的磁場強度的對應關系。

（d）場—強度對應關系的循環測試。

（e）透射DUV光對峰值強度為1.1 T、全寬半最大值為7 ms的磁脈沖響應的瞬態光信號。

（f）DUV穩定性的循環測試。

（g）在各自光譜范圍內已被證實穩定的商業化和研發的基于LC的光調制器的對比。

五、【前景展望】

綜上所述，研究人員開發了一種二維h-BN無機液晶在透明DUV光調制器中應用。由于二維h-BN具有特殊的形狀各向異性、光學和磁性性質，使得h-BN顯示出巨大的雙折射效應，其他透明DUV雙折射介質高出5個數量級。二維h-BN的高雙折射系數、高穩定性以及超寬禁帶，使其能夠制成266 nm深的雙折射DUV調制器。考慮到有許多二維材料具有可調的光學性質，二維無機液晶的光譜覆蓋范圍可能進一步擴大，有益于許多領域、應用的發展，如光刻、高密度數據存儲、水凈化和生物醫學儀器。

文獻鏈接：Magnetically tunable and stable deep-ultraviolet birefringent optics using two-dimensional hexagonal boron nitride (Nature Nanotechnology 2022, DOI: 10.1038/s41565-022-01186-1)