簡(jiǎn)介：華南師范大學(xué)姜曉芳、周?chē)?guó)富和胡小文科研團(tuán)隊(duì)與西班牙維戈大學(xué)Lakshminarayana Polavarapu等人提出了一種飛秒激光超分辨率寫(xiě)入（FsLSRW）技術(shù)，成功在聚合物封裝的鈣鈦礦材料上實(shí)現(xiàn)了亞衍射極限的高分辨率圖案化，并展示了其在信息加密與存儲(chǔ)領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用，相關(guān)工作近期發(fā)表于A(yíng)dvanced Functional Materials。
摘要：激光直寫(xiě)技術(shù)能夠在微米和納米尺度上對(duì)半導(dǎo)體材料進(jìn)行精確裁剪與圖案化，這對(duì)光電器件至關(guān)重要。然而，激光寫(xiě)入的分辨率受限于艾里斑的直徑。本文展示了一種飛秒激光（激光波長(zhǎng)800 nm）超分辨率寫(xiě)入（FsLSRW）技術(shù)，通過(guò)亞波長(zhǎng)圖案化制備穩(wěn)定的鈣鈦礦納米結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了小至λ/10的特征尺寸（線(xiàn)寬達(dá)80納米）。通過(guò)利用飛秒激光的靈活、精準(zhǔn)及非熱擴(kuò)散圖案化能力，成功制備了具有任意設(shè)計(jì)和像素陣列的多色鈣鈦礦圖案。得益于聚合物基體的封裝，這些多色鈣鈦礦圖案表現(xiàn)出優(yōu)異的水解、氧化和熱穩(wěn)定性。此外，通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)激光焦平面，可在雙層堆疊鈣鈦礦復(fù)合膜的兩個(gè)獨(dú)立空間平面上寫(xiě)入不同信息，從而實(shí)現(xiàn)微米和納米尺度的動(dòng)態(tài)三維編碼。FsLSRW技術(shù)的高效性與高精度，為鈣鈦礦器件在信息安全、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和光學(xué)加密等領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)辟了新路徑。
關(guān)鍵突破與創(chuàng)新：
1. **超分辨激光寫(xiě)入**
利用800 nm飛秒激光通過(guò)雙光子吸收（TPA）和非線(xiàn)性“冰山效應(yīng)”，突破了光學(xué)衍射極限（λ/2），實(shí)現(xiàn)了**80 nm線(xiàn)寬（λ/10）**的圖案化，是目前鈣鈦礦激光加工的最高分辨率。
通過(guò)調(diào)節(jié)激光功率和掃描速度，可精確控制燒蝕線(xiàn)寬（80 nm至607 nm范圍），并生成任意復(fù)雜圖案（如QR碼、微米級(jí)漢字）。
2. **多色與動(dòng)態(tài)3D編碼**
通過(guò)調(diào)節(jié)鹵化物組成（CsPbX?，X=Cl/Br/I），制備了覆蓋可見(jiàn)光范圍（420–688 nm）的多色鈣鈦礦薄膜，色域超越NTSC標(biāo)準(zhǔn)。
在雙層復(fù)合膜（紅/藍(lán)鈣鈦礦層）中，通過(guò)調(diào)整激光焦平面，實(shí)現(xiàn)了不同激發(fā)光下動(dòng)態(tài)顯示3D圖案（如紫外光下同時(shí)顯示紅玫瑰與藍(lán)蝴蝶，綠光下僅顯示紅玫瑰）。
3. **優(yōu)異的穩(wěn)定性**
PMMA封裝有效隔絕水氧，使鈣鈦礦薄膜在常溫下150天保持90%以上熒光強(qiáng)度，浸泡水中31天仍維持80%發(fā)光，加熱至60℃（4小時(shí)）穩(wěn)定性達(dá)85%以上。
4. **信息加密應(yīng)用前景**
微納尺度QR碼、ASCII碼等圖案需通過(guò)紫外光與顯微鏡解碼，防偽性強(qiáng)。
動(dòng)態(tài)3D編碼通過(guò)激發(fā)光波長(zhǎng)切換顯示不同信息，提升信息密度與安全性。
適用于微型顯示器、光子芯片、光學(xué)傳感器等領(lǐng)域，支持高精度光路設(shè)計(jì)。
核心技術(shù)原理：
1. 雙光子吸收與冰山效應(yīng)：飛秒激光的高斯強(qiáng)度分布使得僅中心區(qū)域超過(guò)燒蝕閾值，形成亞衍射極限結(jié)構(gòu)。
2. 非熱擴(kuò)散燒蝕：激光能量通過(guò)非線(xiàn)性過(guò)程集中在極小區(qū)域，避免熱擴(kuò)散對(duì)周?chē)牧系膿p傷，確保圖案邊緣清晰。
3. 熒光可控性：燒蝕區(qū)域因碘損失和金屬殘留阻擋激發(fā)光，導(dǎo)致熒光消失，而未燒蝕區(qū)域保持高亮度。
綜上，這項(xiàng)技術(shù)為鈣鈦礦在微納光子學(xué)與信息安全領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)辟了新路徑，兼具高分辨率、多維度動(dòng)態(tài)編碼和環(huán)境穩(wěn)定性?xún)?yōu)勢(shì)。
通訊作者：姜曉芳，Lakshminarayana Polavarapu，周?chē)?guó)富，胡小文
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202505625
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